随形水路的增材制造零件后处理研究

来源：中关村在线

众所周知，增材制造技术可以精确地将内部随形冷却流道集成到组件中。意大利米兰理工大学的机械和化学工程部门联合Rsler Italiana S.r.l.（专注于自动化后处理——去除残留粉末并使这些通道光滑的表面） 用表面处理方法、喷丸处理方法和化学支持方法的进行了批量抛光的研究。结果显示这三种方法都可以实现整体表面质量的显着改善。

冷却通道的集成为模具制造行业提供了重要的技术优势
通过增材制造（AM）技术，可以生产出传统制造技术无法实现的极其精确的几何形状零件。它还能打印出具有集成功能特征的高度复杂的组件，例如精确放置的随形冷却流道。模具制造，液压元件和航空航天制造业对增材制造技术这些独特的性质非常感兴趣，特别是模具制造行业，随形冷却流道的集成具有明显的技术优势。

此外，借助精确遵循部件轮廓的冷却系统，可以大大减少冷却时间。最后，由于可以防止工件翘曲和热检查等故障，因此对注塑成型部件更有效的冷却功能可提高部件的整体质量。

激光选区熔化是制造模具零件的理想选择。但是，它们的表面（包括内部通道）包含AM工艺残留的粉末，初始粗糙度比较高。

激光选区熔化–形状完美但表面粗糙度高
工具组件的生产的主要制造方法是“激光选区熔化”（SLM）。通过用激光束在限定层中选择性地熔化粉末来生产零件，提高了零件的致密性。但是这种制造方法的缺点是系统中的压力损失以及可能损坏其他设备的松散颗粒，导致流速降低。由于具有集成型腔的复杂组件的内表面无法使用传统的精加工技术进行处理，因此需要新的后处理方法。

因此，选择合适的表面处理系统对于组件的使用寿命和系统的整体效率至关重要。平滑AM组件内外表面的一种方法是批量抛光。在精加工过程中，将工件浸入装有特殊加工介质的圆形工作碗中。另外，在该过程中添加了专用化合物。工作碗的振动使介质和工件以螺旋运动的方式在工作碗周围移动。介质对工件的持续“摩擦”会产生磨削/平滑效果，从而产生所需的表面质量。

批量加工可有效地平滑随形冷却流道表面积
Politecnico Milano的机械和化学工程部门与Rsler Italiana S.r.l.一起评估了用于平滑AM组件的内外表面的各种处理方法（包括批量涂饰），这个过程涉及到了对不同形状和不同直径的随形冷却流道(3、5、7.5和10毫米)的零件进行质量修整、喷丸和化学支撑质量修整。三个表面处理方法的结果惊人的相似：工件表面最光滑，如相对较低的表面粗糙度读数所示，并显示出典型的化学加速精加工优势。化学支撑质量精加工方法的Ra值为0.7 μm，表面粗糙度值最低，循环时间最短。结果还表明，在垂直和水平流道中，最终粗糙度值大致相同。

该研究还证明，大量精加工可以在不影响几何形状通道情况下，在内表面区域产生所需的平滑效果，处理后的表面也无粉末“飞溅”和散粉残留。这三种处理方法都改善了内部通道区域的表面粗糙度读数。但是，在最短的循环时间内，用化学方法大批量精加工的效果最好。

全自动加工一体机
本次测试是在AM Solutions公司进一步开发的一台M3机器上进行的，这家公司是Rsler集团的一个品牌，专门从事3D打印零件的后处理。

对现有M3系统进一步开发，将来不仅可以对随形冷却流道进行有效的、有针对性的处理，而且将是一个完全自动化的系统，不需要任何人工，可以连续完成3D打印组件。当然，工件的装卸也可以通过机器人自动进行。研磨介质和化合物的精确加料分别具有特殊的补充，加料系统和设备的“启动”功能也是全自动的。根据表面光洁度的要求，可以依次执行几次研磨和抛光过程。在从工作碗中自动排出介质后，将已处理的工件从夹紧装置中取出。如果需要，可以添加一个单独的清洁和干燥阶段，当然也可以是全自动的。对于工件处理（包括转移到后续制造阶段）也是如此。系统控件允许存储和调用多个特定于工件的处理程序。只需按下按钮或使用工件识别系统，即可选择各种工件的工艺参数。

迄今为止，随形冷却流道由于难以触达，根本无法加工，只能动用大量劳动力来加工。AM组件的自动后处理现在能够在短期内完成这项工作，而成本只占一小部分，最重要的是它具有出色的精加工结果。