サンドブラストで実際に金属 3D プリント部品のどのような表面問題を解決できるのでしょうか?

クライアントは、きれいでプロフェッショナルな金属の外観を期待して SLM ステンレス鋼部品を受け取りました。その代わり、表面はサンドペーパーのように粗く、層の線が見え、粉末粒子が散乱していました。別の顧客は「サンドブラストで解決する」と言われましたが、後でいくつかの問題が解決しないことが判明し、手戻りと納期の遅れにつながりました。

サンドブラストは、金属 3D プリント部品 - に最も一般的に推奨される表面処理の 1 つですが、最も誤解されているものの 1 つでもあります。本当に表面の問題を解決できるのでしょうか？完全に？それとも部分的にだけですか？そして、それが実際に悪化させる可能性のある問題はありますか？

金属 3D プリント部品にほぼ常に表面処理が必要な理由

完成した金属表面の厳しい現実-

-SLM/DMLS の既成表面の Ra 値は通常 6～20 µm ですが、EBM 部品の Ra 値は 20～35 µm に達することがよくあります。一般的な問題には、顕著な層のライン (階段効果)、表面に付着した部分的に溶けた粉末粒子、溶接スパッタ、支持構造の残留物、表面の酸化などがあります。

何百ものプロジェクトをサポートする私たちの生産経験では、これらの問題により、追加の金属 3D プリント表面処理オプションがなければ、既成部品はほとんどの機能的または美的用途に適さなくなります。{0}

表面の問題はすべて同じではなく、すべてが同じ方法で解決できるわけではありません

よくある誤解は、1 回の治療ですべてが解決できるというものです。表面の問題は、マクロな問題（層のライン、サポートマーク）、ミクロな問題（粉末の付着、スパッタ）、化学的な問題（酸化）、および機械的な問題（残留応力）のカテゴリに分類されます。

サンドブラストは特定の問題には優れていますが、普遍的な解決策ではありません。

サンドブラストが後処理ツールボックスに適合する場所-

サンドブラストは、ほとんどのワークフローにおいて「最初のステップでクリーナーと均一化」として機能します。{0}表面処理には優れていますが、高精度や医療用途の最終ステップとなることはほとんどありません。-

表 1: 構築済みの表面の問題とその問題に対処する後処理方法-

サンドブラストとは

基本原則（わかりやすい英語）

サンドブラストでは、圧縮空気を使用して研磨媒体を部品表面に高速で噴射します。衝撃により浮遊粒子が除去され、凹凸が滑らかになり、均一な質感が生まれます。主なパラメータには、媒体の種類、粒子サイズ、圧力 (0.2 ～ 0.8 MPa)、角度、距離が含まれます。

ビーズブラストとショットブラストとグリットブラストの違いは何ですか?

ガラスビーズブラスト：球状ビーズで優しく均一なマット仕上げ。精度の点で最も一般的金属3Dプリント材料.

スチールショットブラスト: より強力なピーニング効果、圧縮応力を追加します。

グリット ブラスト (酸化アルミニウム/炭化ケイ素): 積極的な洗浄用の角張ったメディア。

ほとんどの SLM 部品では、ガラス ビーズ ブラストが最適なバランスを実現します。

最終結果を決定する主要なパラメータ

メディアが細かくなり、圧力が低くなると、よりスムーズな結果が得られます。過度に積極的な設定は、薄い壁を損傷したり、汚染物質が埋め込まれたりする可能性があります。

表 2: サンドブラストメディアの種類

サンドブラストで解決できる表面の問題

問題 #1 - 粉末粒子の付着 (最も一般的な問題)

溶けていない粉末粒子が表面に焼結します。サンドブラストはこれらの 95% 以上を除去し、清浄度を劇的に向上させます。私たちがサポートしたある医療プロトタイププロジェクトでは、このステップにより、清浄度検証に不合格となる目に見える粒子が除去されました。

問題 #2 - 溶接スパッタとボールリング欠陥

レーザーが不安定になるとスパッタ ビードが発生します。ガラスビーズブラストは、ほとんどの遊離スパッタを効果的に除去します。

問題 #3 - 表示されるレイヤー ラインと階段効果

サンドブラストにより、層のラインの視覚的な顕著さが 60 ～ 70% 減少し、Ra が 40 ～ 50% 改善されますが、基礎となる形状を除去することはできません。

問題 #4 - 表面の酸化と変色

チタン、ステンレス鋼の軽酸化に効果的です。続いてパッシベーションを行う必要があります。

問題 #5 - 不均一なマットな外観と一貫性のない質感

サンドブラストはバッチ全体で均一なテクスチャを作成するのに優れており、Ra の変動を ±0.8 μm に抑えます。

サンドブラストでは修正できないもの

厳しい寸法公差や鏡面仕上げができない

一般的なサンドブラスト後の Ra は 1.5～6 µm です。-鏡面仕上げ(Ra0.1μm以下)の場合は機械研磨+電解研磨が必要です。

反りや寸法変形は直せません

サンドブラストは純粋に表面処理です。反りには熱処理やHIPが必要です。

内部の気孔を除去することはできません

多孔性は内部欠陥です。この問題に効果的に対処できるのは HIP だけです。

間違ったやり方をすると実際に問題を引き起こす可能性があります

リスクには、薄肉の変形（特に<1.0 mm walls), iron contamination on titanium, or uneven results on complex geometries. In one case we observed, excessive pressure on thin aluminum walls caused visible distortion.

マテリアル-別-マテリアル ガイド

ステンレス鋼 (316L、17-4PH) - 最も寛容

ガラスビーズを使用すると優れた結果が得られます。 ASTM A967 に従って不動態化を続ける必要があります。

チタン (Ti-6Al-4V) - 取り扱いには注意してください

非鉄メディアのみを使用してください。-生体適合性を損なう可能性のある鉄汚染のリスクがあるため、スチールショットは絶対に行わないでください。

アルミニウム (AlSi10Mg) - 高速だが脆弱

変形を避けるために非常に低い圧力が必要です。多くの場合、その後に陽極酸化が行われます。

インコネルおよびニッケル超合金 - 高硬度、高需要

より硬い媒体が必要ですが、高温用途向けの耐久性のある表面を生成します。-

サンドブラストと他の表面処理方法の比較

サンドブラストと電解研磨

サンドブラストで表面を整えます。電解研磨により高光沢に精製され、不動態化されます。事前サンドブラスト処理により、最終電解研磨の均一性が最大 30% 向上します。-

サンドブラストと機械研磨

均一な準備をするには、サンドブラストの方が高速です。機械研磨により、より低いRaと鏡面仕上げを実現します。

サンドブラストの業界固有の用途と要件-

コーティングと検査前の航空宇宙用表面処理

厳格な NADCAP 管理の下でコーティングの接着と FPI の調製に使用されます。

医療機器は生体適合性のために表面テクスチャを制御

制御された粗さにより、インプラントのオッセオインテグレーションが促進されます (目標 Ra 1.0 ～ 3.0 μm)。

自動車のプロトタイプ検証のための迅速なターンアラウンド

プロトタイプやコーティング準備のための素早い表面統一。

サンドブラストのコストとリードタイムの​​観点から予想されること

小さな部品の場合、サンドブラストの費用は通常 1 個あたり 8 ～ 30 ドルで、0.5 ～ 2 日かかります。これは、広範なワークフローの一部として正しく使用すると、最も費用対効果の高い手順の 1 つです。-

今すぐ連絡する

サンドブラストは、金属 3D プリント表面処理における汎用性が高く費用対効果の高い最初のステップであり、表面の洗浄、均一化、準備に優れています。{0}粉体の付着やスパッタを効果的に除去しますが、鏡面仕上げや反りの修正、内部欠陥の修復はできません。

金属 3D プリント マテリアルを含む次のプロジェクトの場合は、ファイルと表面要件を無料の DFM レビューに送信してください。当社のチームは、お客様が必要とする正確な表面品質を達成するために、サンドブラストと補完的な処理の最適な組み合わせを推奨します。

参考文献

MarketsandMarkets 2024: 産業用自動表面処理市場規模と 2028 年までの予測

Wohlers Report 2023: 金属 AM 表面処理におけるデジタル トレーサビリティの採用

ASTM A967: ステンレス鋼の化学的不動態化規格

ASTM F86: 金属製外科用インプラントの表面処理規格

AMS 2430: 航空宇宙部品のショットピーニング規格

EOS GmbH テクニカル データ シート: -材料およびプロセス別の完成品表面粗さの値

ASM インターナショナル - 表面工学ハンドブック