金属3Dプリントの表面処理方法

この投稿は Spectacled Bear によって 2021-11-7 14:16 に最後に編集されました。

はじめに: 積層造形における未解決の課題の 1 つは、表面処理と仕上げです。
理論的には、積層造形により複雑な形状を自由に作成できますが、実際には表面仕上げに設計上の制約が必要になることがよくあります。金属粉末の品質を改善し、造形方向とプロセスパラメータを最適化することで、積層造形部品の表面品質をある程度まで向上させることができますが、部品の表面粗さの問題を完全に解決することはできません。そのため、3Dプリントされた部品の後処理が必要になります。現在、主な後処理方法としては、仕上げと機械加工が挙げられます。これらの方法を詳しく見てみましょう。
△ 金属3Dプリント表面処理
仕上げ工程 仕上げ方法には主に、手作業による研磨、サンドブラスト、CNC 研削などがあります。手作業による研磨の品質は作業者の経験に大きく依存し、再現性と一貫性が低く、労力と時間のコストが高く、研磨プロセス中に発生する粉塵は人体の健康に有害です。また、サンドブラストやCNC研削は、複雑な内面や多孔質構造を持つ部品へのアクセス性が低いため、一般的には部品の外面の洗浄や研磨、酸化層の除去に使用されます。
表面品質要件が高く、Ra が 0.8μm ～ 1.6μm の複雑な構造部品の場合、仕上げプロセスは大きな課題に直面します。上記の方法の他に、形状適応研削、レーザー研磨、化学研磨、研磨フロー加工などもあります。
△医療用インプラントの電解研磨
形状適応研削 形状適応研削 (SAG) は、セラミックや硬質金属などの加工が難しい材料を自由形状に加工するための新しいプロセスです。工具の半弾性により、加工装置の剛性が低い場合でも、表面仕上げを良好に保った延性モード研削が可能になります。一部の研究者は、球状の柔軟な研削ヘッドを使用した形状適応研削法を使用して、チタン合金の 3D プリント部品の自由曲面を研磨したと報告されています。積層造形面の欠陥層は粗研磨と精研磨により除去され、最終的な表面粗さRaは10nm未満となります。
レーザー研磨 レーザー研磨は、高エネルギーのレーザービームを使用して部品の表面材料を再度溶かし、表面粗さを低減します。現在、レーザー研磨部品の表面粗さRaは2～3μm程度です。レーザー研磨装置はコストが高いため、実際の 3D プリント後処理プロセスでは広く使用されていません。
化学研磨 化学研磨の直接的な結果は、微細な粗さの平滑化と研磨、および上層の平行溶解です。小規模積層造形においては、中空構造物や中空構造物を有する部品の表面にある緩んで剥がれやすい球状層を除去することが効果的です。多孔質インプラントの表面粗さは、化学研磨と電気化学研磨によって 6 ～ 12 μm から 0.2 ～ 1 μm に減少しました。
△複雑構造部品の研磨フロー研磨効果。
研磨フロー加工 研磨フロー加工 (AFM) は、研磨剤を含んだ流体をワークピースに流すことを特徴とする内部表面仕上げプロセスです。この液体は通常、パテや生地のような粘性があり、非常に粘性があります。 AFM は粗い表面を滑らかにし、研磨することができ、バリの除去、表面の研磨、半径の作成、さらには材料の除去を行うように特別に設計されています。 AFM の特性により、他の研磨または研削プロセスでは到達が困難な内部表面、溝、穴、空洞などの領域に最適です。
Powder Bed Fusion テクノロジーは、あらゆる金属積層造形プロセスの中で最高の表面品質を実現します。上記の仕上げ方法に加えて、重要な部品を加工する必要がある場合もあります。これら 2 つの後処理方法は、3D プリント金型アプリケーションで広く使用されています。今後、よりシンプルで効果的な表面処理技術の発展に期待しましょう！

参考：金属3Dプリントの表面処理方法の考察

金属3Dプリントの表面処理方法

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