Quelles sont les exigences de rugosité de surface pour l’impression 3D métal dans différentes industries ?

一, L'importance technique et l'influence industrielle de la rugosité de surface.
La rugosité de la surface (Ra) est une mesure clé de la forme micro-géométrique de la surface. Le nombre obtenu influence directement la façon dont le composant résiste à l’usure, à la corrosion, à la fatigue et à l’étanchéité. Lorsque vous imprimez en 3D avec du métal, la valeur Ra ​​est affectée par des éléments tels que la taille des particules de poudre, l'épaisseur des couches, la puissance du laser et la technique de numérisation. Par exemple, une poudre fine (15 à 45 μm) peut avoir une valeur Ra ​​aussi basse que 3 à 5 μm car elle s'écoule bien et remplit uniformément le bain de fusion. En revanche, les poudres grossières (53 à 105 μm) ont généralement des valeurs Ra comprises entre 8 et 12 μm car leurs particules sont trop grosses.
La plupart du temps, les valeurs Ra des pièces imprimées non optimisées sont comprises entre 7 et 20 μm. Ce niveau peut répondre à la plupart des besoins industriels, même s'il existe de gros risques fonctionnels dans l'industrie haut de gamme.
Aérospatiale : les surfaces rugueuses peuvent facilement provoquer une accumulation de contraintes, ce qui peut provoquer la rupture prématurée des pales du moteur lorsqu'elles sont soumises à une température et une pression élevées.
Implants médicaux : des niveaux de Ra supérieurs à 3,2 μm augmentent le risque d'adhésion de micro-organismes et peuvent provoquer des infections après une intervention chirurgicale ;
Electronique grand public : la rugosité de la surface peut rendre plus difficile le passage de la lumière pour les composants optiques et réduire la clarté des images.
2, Les besoins et exemples de différenciation industrielle
1. Aérospatiale : Le but ultime de Ra Inférieur ou égal à 1,6 μm
Le secteur aérospatial a des normes très strictes quant à la fiabilité des pièces. Par exemple, les aubes de turbine doivent pouvoir supporter une force centrifuge de 100 000 tours par minute à une température élevée de 1 300 degrés Celsius. Même de légers défauts de surface peuvent avoir des effets terribles. Dans le monde de l’entreprise, il a été établi que :
Norme technique : Pour réduire le risque de décollement de la couche d'oxydation à haute-température, la valeur Ra ​​des parties essentielles doit être maintenue entre 0,8 et 1,6 μm.
Dans un scénario typique, la technologie de fusion sélective au laser (SLM) a été utilisée pour imprimer des pales monocristallines pour un certain type de moteur d'avion. Ensuite, un électropolissage sous vide a été utilisé pour rendre la surface plus lisse, abaissant la rugosité de Ra12 m à Ra0,8 m et augmentant la durée de vie en fatigue de 40 %.
Innovation de processus : la machine Huashu High Tech FS200M dispose d'un point lumineux fin de 40 μm qui peut imprimer directement des pièces Ra3,0 μm. Cela répond aux besoins de l’industrie aérospatiale pour la production en série de petites pièces de précision.
2. Implants médicaux : ligne rouge de biocompatibilité avec Ra 3,2 m
Le secteur médical a besoin de surfaces rugueuses car elles sont plus sûres pour les personnes et fonctionnent mieux avec d'autres éléments :
Implants orthopédiques : les prothèses articulaires en alliage de titane doivent imiter la structure trabéculaire de l'os, avec une rugosité de surface régulée à Ra1,5-2,5 μm pour faciliter l'adhérence et la prolifération des cellules osseuses ;
Implants dentaires : La valeur Ra ​​de la région filetée doit être inférieure ou égale à 3,2 μm ; sinon, le développement bactérien pourrait provoquer une péri-implantite.
L'optimisation de l'ensemble de la chaîne de processus de Yunyao Shenwei (étalement de poudre ultra fine + -contrôle du chemin optique de haute précision) confère à la surface une qualité de Ra0,8 à 2,8 μm. Cela signifie que les implants peuvent être acheminés directement à la salle d’opération sans aucun traitement supplémentaire.
3. Electronique grand public : Ra inférieur ou égal à 0,8 μm est le critère de qualité optique.
La tendance vers des produits plus petits et davantage de fonctions dans l’électronique grand public est ce qui motive la recherche de surfaces lisses.
Pièces optiques : la monture de l'appareil photo du téléphone portable doit avoir un Ra de 0,8 μm ou moins pour éviter les images floues produites par la diffusion de la lumière.
Pièces structurelles : pour éviter que les charnières des ordinateurs portables ne s'usent trop rapidement, elles doivent être traitées avec une surface ayant un Ra inférieur à 1,6 μm.
Pratique industrielle : l'équipement iSLM80P de Zhongrui Technology utilise une technologie de propagation de poudre dynamique et ponctuelle de 25 m pour imprimer directement des micro-antennes avec Ra 3,2 m. Cela réduit le temps de post-traitement de 80 % par rapport aux méthodes standards.
4. Énergie et moisissure : un bon compromis entre coût et Ra Inférieur ou égal à 6,3 µm
Dans la fabrication d’équipements énergétiques et de moules, la rugosité de surface doit être un bon équilibre entre coût et performance :
Chambre de combustion de turbine à gaz : Elle doit être capable de supporter des températures élevées de 1 200 degrés et l’érosion gazeuse. La rugosité de surface doit être maintenue entre Ra3,2 et 6,3 μm pour trouver un compromis entre résistance à la corrosion et efficacité de traitement.
Moule d'injection : la valeur Ra ​​de la surface du canal de refroidissement conforme doit être inférieure ou égale à 6,3 μm. Si ce n'est pas le cas, le produit risque de se déformer car il ne refroidit pas uniformément.
Par exemple, la technologie SLM a été utilisée pour imprimer un certain type de moule automobile. Le polissage chimique a réduit la valeur Ra ​​de 15 μm à 6,3 μm, ce qui a permis au moule de durer 30 % plus longtemps.