金属 3D プリント部品の一般的な後処理および仕上げ方法-

金属 3D プリント部品が、最終的に使用可能な状態でビルド チャンバーから出ることはほとんどありません。 -印刷された表面には通常、目に見える層の線、焼結または部分的に溶けた粉末粒子が付着しており、部品の機能的使用、組み立て、または美的表現の準備が整う前に対処する必要がある構造証拠マークがサポートされています。-金属 3D プリント部品の一般的な仕上げ方法には、手動サンディング、サンドブラスト、タンブリング、振動/遠心研削、研磨フロー加工 (押し出しホーニング)、電気めっきと電解研磨、精密機械加工、研削、EDM (放電加工) が含まれます。それぞれの方法の詳細を以下に概説します。

サンディングでは、サンドペーパーやヤスリなどの道具を使用して、部品の表面を手作業で直接機械的に研磨します。これにより、表面粗さを大幅に向上させることができます。サンディングされた部品の表面仕上げは 3 ～ 5 倍改善され、この方法は印刷プロセスで残った層の線、鋭いエッジ、その他の局所的な表面欠陥を除去するのに特に効果的です。手動研磨は柔軟です - オペレーターは必要な場所に正確に注意を集中させ、自動化プロセスでは到達するのが難しい複雑な形状を回避できます - が、比較的労働集約的で時間がかかります。-。このため、生産全体の一括処理ではなく、小規模な生産バッチや、部品の特定の機能を対象とした局所的な仕上げに最適な傾向があります。

サンドブラストでは、圧縮空気を使用して、酸化アルミニウム、ステンレス鋼ビーズ、またはガラス ビーズなどの研磨媒体 - を部品の表面に高速で噴射し、選択した媒体に応じて均一なマット仕上げまたは光沢仕上げを生成します。その利点は次のとおりです。

製造プロセスで残った表面の傷や工具跡を迅速に除去します。

部品の寸法精度に変化はなく、通常、処理はわずか数分で完了します。

空気圧制御により処理強度を調整できます - 圧力を低くすると表面の色や外観を変えることができ、圧力を高くすると鋭いエッジや小さな突起のバリ取りが可能になります。

サンドブラストは、複雑な形状の部品のバッチ処理に適しています。スプレーパターンが、硬い研磨工具ではアクセスが難しい凹部や輪郭の周囲に到達できるため、金属 AM 部品のより多用途で広く使用されている仕上げ方法の 1 つとなっています。

タンブリングでは、セラミック メディアやスチール メディア - などの研磨媒体 - とともに部品を回転ドラムまたはバレル内に配置します。部品と媒体の間の機械的摩擦が時間の経過とともに表面を滑らかにします。この方法の主な特徴は次のとおりです。

これは、円筒形やブロック形のコンポーネントなど、回転動作によって表面全体に一貫した接触が生じる可能性がある、比較的単純な形状の部品に最適です。{0}

複数の部品を同時に処理できるため、バッチ仕上げの比較的高いスループットが得られます。

内部表面や複雑な構造に対するその有効性は限られています。これは、タンブリング媒体が内部チャネル、深い凹部、または複雑な格子構造に到達できない可能性があるためです。-このような内部形状を作成するために金属 AM が正確に使用される頻度を考えると、実際の制約となります。

振動および遠心研削では、遠心ディスクまたは円筒システムを使用します。このシステムでは、遠心力によって研磨媒体が部品表面に押し当てられ、高エネルギー、大量の仕上げが行われます。{0}{1}その主な利点は次のとおりです。

材料の除去が速いため、研磨、バリ取り、エッジの丸め作業に適しています。{0}

小型部品のバッチ処理に適していますが、特殊な装置が必要となるため、サンディングやタンブリングなどの単純な方法に比べて初期費用が比較的高くなります。

このプロセスは標準的なタンブリングよりも強力にエネルギーを集中させるため、従来のタンブリングでは達成に数時間かかる作業を数分で達成できるため、表面品質と同じくらいスループットが重要な生産環境にとって魅力的です。

押し出しホーニングとしても知られる研磨フロー加工では、油圧ピストンを使用して、微細研磨粒子を含んだ粘性研磨媒体 - - をワークピースの内面 (穴、チャネル、キャビティなど) に前後に押し込み、内側から外側まで精密な成形を実現します。この方法の特徴は次のとおりです。

内部表面の形状を正確に制御し、一貫した半径を形成したり、内部通路からバリを除去したりすることができます。

従来の研磨プロセスでは、- の内部チャネルや複雑なキャビティに到達することが困難または不可能な領域、および金属 3D プリントが従来の仕上げではアクセスできない形状を頻繁に生成する領域に適用できます。

材料除去は制御可能ですが、望ましい仕上げを達成するために研磨剤の流れを部品に繰り返し通過させる必要があるため、機械的表面法よりも処理時間が長くなる傾向があります。

電気めっきでは、電流を使用して金、銀、クロムなどの溶液 - から部品の表面に金属イオン - を堆積させ、薄い機能層または装飾層を形成します。その主な目的には、耐摩耗性、耐腐食性、導電性、全体的な外観の改善が含まれており、金属 AM 部品がベースの印刷材料だけで提供できる以上の機能特性を必要とする場合に一般的な選択肢となります。

対照的に、電解研磨では、電流を使用して部品の表面から材料を溶解し、微細な山と谷を滑らかにして表面の粗さを低減します。機械研磨ツールでは均一な接触を維持するのが難しい不規則な形状の部品の研磨に特に適しており、表面の外観を大幅に改善し、摩擦に関連する表面欠陥を減らすことができます。-

どちらのプロセスでも、一貫した再現可能な結果を​​達成するには、電流密度と電解質組成を注意深く制御する必要があります。それらの主な違いは、電気めっきが付加プロセスである - 材料が表面に堆積される - のに対し、電解研磨はサブトラクティブ プロセスである - 材料が表面から除去されることです。特定の公差要件に対して間違ったものを選択すると、不要な厚さが追加されたり、部品の寸法公差が許容できる量を超える材料が除去されたりする可能性があるため、この区別を理解することは実際には重要です。

機械加工と研削では、CNC ミル、旋盤、および類似の機器を使用して部品から材料を直接切断し、高精度の寸法と形状の制御を実現します。{0}この方法で達成できる表面仕上げは Ra 0.8μm 以下に達する可能性があり、これは、-印刷またはメディア-で仕上げられた表面としては、単独では達成できないレベルの滑らかさです。

放電加工 (EDM) は、電極とワークピースの間の電気スパーク放電を使用して材料を侵食するため、切削工具では到達するのが難しい硬化合金や複雑な内部空洞の仕上げに適しています。その主な欠点は処理速度であり、従来の機械加工よりも大幅に遅くなる傾向があります。

機械加工 / 研削と EDM はどちらも特殊な装置と熟練したオペレータを必要とし、一般に厳しい公差要件を持つ部品に使用されます。- 航空宇宙部品がその代表的な例であり、寸法精度と表面の完全性が部品の性能と安全マージンに直接影響します。

金属 3D プリント部品の適切な仕上げ方法の選択は、部品の構造幾何学形状、精度要件、および関連する生産規模によって異なります。サンディングやサンドブラストなどの機械的方法は、可能な限り厳しい公差を達成することよりも納期が重要な、迅速な汎用表面処理に適しています。-電解研磨や電気メッキなどの化学的および電気化学的方法は、通常、純粋に外観上の理由からではなく、機能的性能 - 耐食性、導電性、または摩耗特性 - を強化するために選択されます。機械加工や EDM などの高精度プロセスは、厳格な公差要件を満たす必要がある部品のために予約されており、追加のコストと処理時間はアプリケーションの重要性によって正当化されます。

実際の生産では、これらの方法のいくつかを 1 つの仕上げワークフロー内で組み合わせることが一般的です -。たとえば、部品をサンドブラストして表面スケールを除去し、外観を均一にした後、重要な合わせ面を対象に機械加工し、仕上げ部品の滑らかな表面と耐食性の向上の両方を達成するために電解研磨で仕上げます。このような多層的なアプローチにより、メーカーは単一の後処理方法に依存してすべての要件を一度に満たすのではなく、コスト、スループット、最終部品の品質のバランスを取ることができます。-