Ist Sandstrahlen für alle 3D-gedruckten Metallteile geeignet?

一, Die Hauptaufgabe und Grenzen der Sandstrahltechnik
1. Der Hauptzweck des Sandstrahlens
Beim Sandstrahlen werden Schleifmittel wie Quarzsand, Diamantsand, Glasperlen und andere mithilfe von Druckluft sehr schnell auf die Oberfläche von Teilen gepresst. Dies hat folgende Auswirkungen:
Reinigen der Oberfläche: Entfernen Sie Schmutz wie Oxidablagerungen, Ölflecken und nicht geschmolzenes Pulver.
Kontrolle der Rauheit: Ändern Sie die Oberflächenrauheit (Ra 0,8–6,3 μm), indem Sie die Größe der Schleifpartikel (80–240 Mesh) und den Druck des Strahls (0,2–0,8 MPa) ändern. Spannungsabbau: Der Aufprall kann dazu beitragen, einen Teil der beim Drucken verbleibenden Spannung abzubauen und das Risiko einer Verformung zu verringern.
Vorbehandlung der Beschichtung: Aufrauen der Oberfläche, damit die Beschichtung besser haftet (z. B. Beschichtung mit Hydroxylapatit auf der Oberfläche von Implantaten aus Titanlegierung).
2. Was Sandstrahlen nicht kann
Risiko dünnwandiger Strukturen: Der Strahldruck kann die Form dünnwandiger Teile (Dicke < 0,5 mm) verändern oder Löcher in diese erzeugen. Blinde Stellen bei komplexer Hohlraumbehandlung: In Löcher oder Innenkanäle mit einem Durchmesser von weniger als 2 mm gelangt man nur schwer und Pulverreste müssen chemisch gereinigt werden.
Gefahr einer Oberflächenbeschädigung: Harte Schleifmittel wie Siliziumkarbid können die Oberfläche weicher Metalle wie Aluminiumlegierungen zerkratzen.
Genauigkeitsverlust: Zu viel Sandstrahlen kann feine Teile wie Gewinde und Mikrostrukturen beschädigen, die später durch CNC-Bearbeitung repariert werden müssen.
2, Der Einfluss von Materialeigenschaften auf den Nutzen des Sandstrahlens
Die Härte, Duktilität und Oxidationsneigung verschiedener Metalle wirken sich direkt auf die Wahl der Parameter des Sandstrahlprozesses aus:
1. Titanlegierung (Ti6Al4V)
Anwendbarkeit: Es ist das beste Material für Flugzeugtriebwerksblätter und orthopädische Implantate, da es sehr stark ist und nicht rostet. Durch Sandstrahlen können oberflächliche Oxidablagerungen entfernt werden und Beschichtungen besser haften.
Optimierung des Prozesses:
Auswahl eines Schleifmittels: Verwenden Sie Glasperlen oder Aluminiumoxidsand anstelle von Siliziumkarbid, um Kratzer auf der Oberfläche zu vermeiden.
Druckkontrolle: Um zu verhindern, dass sich dünnwandige Konstruktionen verbiegen, sollte der Sprühdruck weniger als 0,4 MPa betragen.
Nach dem Sandstrahlen ist eine Säurewäsche (HF+HNO3) erforderlich, um eingebettete Strahlmittel zu entfernen. Anschließend wird die Oberfläche poliert, um mit Ra ein medizinisches Finish zu erhalten<0.8 μ m.
2. Aluminiumlegierung (AlSi10Mg)
Nützlichkeit: Da es leicht ist, wird es häufig in Autoteilen verwendet. Die Oberfläche einer Aluminiumlegierung oxidiert jedoch leicht und beim Sandstrahlen muss ein Gleichgewicht zwischen Sauberkeit und Glätte gefunden werden.
Verbesserung des Prozesses:
Auswahl eines Schleifmittels: weißer Korund- oder Granatsand mit einer Partikelgröße von 120 bis 180 Mesh;
Damit die Ermüdungsfestigkeit nicht abnimmt, sollte die Druckregulierung zwischen 0,3 und 0,5 MPa liegen, damit die Vergröberung nicht zu stark wird.
Um eine erneute Oxidation zu verhindern, führen Sie direkt nach dem Sandstrahlen eine Eloxierung oder Beschichtung durch.
3. Edelstahl (316L)
Verwendung: Da es nicht rostet, ist es ein wichtiges Material für Lebensmittel- und Chemiegeräte. Durch Sandstrahlen können Oberflächen ebener gemacht werden, Sie müssen jedoch darauf achten, die darunter liegende Oberfläche nicht zu beschädigen.
Verbesserung des Prozesses:
Auswahl eines Schleifmittels: Edelstahlpellets oder Keramikperlen, um zu verhindern, dass Ferrit in die Mischung gelangt;
Druckkontrolle: 0,5–0,7 MPa, wodurch die Innenwand des tiefen Lochs sauber bleibt.
Prüfstandard: Nach dem Sandstrahlen muss eine Fluoreszenz-Eindringprüfung (PT) durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass keine Risse vorhanden sind.
4. Hochtemperaturlegierung auf Nickelbasis (Inconel 718)
Anwendbarkeit: Teile, die bei hohen Temperaturen arbeiten, wie Turbinenscheiben in Flugzeugtriebwerken, müssen sehr rauen Bedingungen standhalten. Sandstrahlen kann Spannungen beim Drucken abbauen, es ist jedoch wichtig, interkristalline Korrosion zu verhindern.
Verbesserung des Prozesses:
Wählen Sie ein Schleifmittel: Aluminiumoxidsand oder Siliziumkarbidsand mit einer Partikelgröße von 80 bis 120 Mesh.
Kontrollieren Sie den Druck: 0,6 bis 0,8 MPa, um den Aufrauungseffekt zu erzielen;
Nach dem Sandstrahlen ist eine Lösungsbehandlung (Isolierung bei 1080 Grad für 1 Stunde) erforderlich, um eventuelle Schäden unter der Oberfläche zu beheben.
3. Das Problem, das die Struktur der Teile für das Sandstrahlverfahren darstellt
1. Strukturen, die dünnwandig und leicht sind
Fall: Nach dem Sandstrahlen veränderte eine bestimmte Luftfahrthalterung (mit einer Wandstärke von 0,3 mm) ihre Form um 15 %, was zum Versagen der Baugruppe führte.
Lösung: Verwenden Sie Sandstrahlen mit geringem Druck (0,2–0,3 MPa) und rotierende Vorrichtungen, um die Aufprallkraft gleichmäßig zu verteilen.
Um mechanische Beschädigungen zu vermeiden, können Sie stattdessen chemisches Polieren (mit Salpetersäure und Flusssäure) oder elektrolytisches Polieren verwenden.
2. Ein kompliziertes Lumen und eine mikroporöse Struktur
Fall: Nach dem Sandstrahlen beträgt die verbleibende Pulververstopfungsrate einer bestimmten Brennstoffdüse (mit einem Innenkanaldurchmesser von 1,5 mm) bis zu 30 %.
Lösung: Um Pulver mit großen Partikeln zu entfernen, wird eine Vibrationssiebung durchgeführt.
Um sicherzustellen, dass das Innere des Hohlraums gemäß ISO 16232-10 Klasse 5 sauber ist, verwenden wir eine Kombination aus Sandstrahlen und Ultraschallreinigung (Frequenz 40 kHz, 10 Minuten).
3. Oberfläche mit präziser Funktion
Beispielsweise wird nach dem Sandstrahlen die Glätte einer optischen Form mit einer Oberflächenrauheit von Ra ermittelt<0.2 μ m was lowered to Ra 1.6 μ m, which does not match the standards for injection molding.
Lösung: Verwenden Sie magnetorheologisches Polieren (MRF) oder Flüssigkeitspolieren, um eine Präzision im Sub-Mikrometerbereich zu erreichen;
Segmentierte Bearbeitung: Mit Sandstrahlen werden nur Bereiche aufgeraut, die nicht funktionieren, während manuelles Polieren nur dazu dient, Bereiche zu glätten, die nicht funktionieren.
4, Die Zukunft der Sandstrahltechnologie
1. Intelligente Steuerung
Entwicklung: Ein System, das maschinelles Sehen und Force-Feedback sowie die Möglichkeit kombiniert, den Sprühdruck und -winkel in Echtzeit zu ändern, um Overspray oder Underspray zu vermeiden.
Die IEPCO-Sandstrahlmaschine in Deutschland verfügt über eine geschlossene{0}Regelung, die die Verformungsrate dünnwandiger Teile unter 0,1 % halten kann.
2. Grünes Upgrade: Verwendung von wiederverwertbaren Schleifmitteln (z. B. Keramikperlen) und Trockeneis-Sandstrahlen, um die Staubbelastung und die Kosten für die Beseitigung von Schmutz zu reduzieren.
Daten: Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden verbraucht das Trockeneis-Sandstrahlen 40 % weniger Energie und hinterlässt keine chemischen Rückstände, was den REACH-Vorschriften entspricht.
3. Integration zusammengesetzter Prozesse
Entwicklung: Verwendung von Sandstrahlen, Laserreinigung, Plasmaspritzen und anderen Technologien zusammen, um eine einzige Behandlung zum „Reinigen von Aufrauhbeschichtungen“ bereitzustellen.
Fallbeispiel: Das Verfahren „Sandstrahlen+Laserauftragschweißen“ wird an einer bestimmten Flugtriebwerksschaufel eingesetzt. Dadurch verkürzt sich die Bearbeitungszeit von 72 Stunden auf 24 Stunden.