מה תפקידו של ליטוש כימי בהדפסת מתכת בתלת מימד?

一, הרעיון המרכזי מאחורי ליטוש כימי הוא להמיס באופן סלקטיבי ולבנות מחדש את פני השטח.
האינטראקציה של הפחתת החמצון- בין ריאגנטים כימיים (תמיסות חומציות או אלקליות כאלה) לבין פני המתכת גורמת לשכבת פני השטח להתמוסס בצורה מווסתת במהלך ליטוש כימי. חלקיו העיקריים הם:
בליטות מיקרוסקופיות מתמוססות ביתר קלות: כאשר פני השטח אינם אחידים (כמו כאשר קיימים סימני חפיפה של בריכת ריתוך או חלקיקי אבקה לא נמסים), תופעת "הבליטה מתמוססת באופן מועדף" מתרחשת מכיוון שיש אזור חשוף יותר וקצב תגובה כימית מהיר יותר.
פילוס באמצעות מתח פני השטח: כאשר יוני מתכת מתמוססים, הם הולכים למקומות קעורים בגלל מתח פני השטח. זה יוצר משטח חלק ואחיד ברגע שהוא מתקשה. לדוגמה, ליטוש כימי יכול להוריד את חספוס פני השטח (Ra) של סגסוגת טיטניום מודפסת תלת-ממדית מ-6-12 מיקרומטר ל-0.2-1 מיקרומטר, וזה במסגרת קריטריוני התאימות הביולוגית הדרושים לשתלים רפואיים.
הסרת שכבת התקלה: ליטוש כימי יכול להסיר במדויק חלקיקי אבקה לא מומסים הדבוקים על פני השטח (עובי של כ-70 מיקרומטר), מה שמונע נזק תת-קרקעי שיכול לקרות בליטוש מכני סטנדרטי. חוקרים מסינגפור יצרו דרך חדשה ללטש פלדת אל-חלד 316L המשתמשת בפולסי מתח גבוה- וליטוש אלקטרוכימי מסורתי כדי להפוך את פני השטח לפחות מחוספס. השיטה החדשה שומרת על תכונות קליטת האנרגיה- של מבנה הסריג המקורי.
2, המטרה העיקרית של ליטוש כימי היא לשפר את פני השטח ולהפוך אותו לשימושי יותר.
1. שיפור איכות המשטח: עקיפה של גבולות גיאומטריים וליטוש מבנים מורכבים
כשמדובר בליטוש, הצורות הגיאומטריות המסובכות של הדפסת תלת מימד מתכת, כגון סריג, תעלות פנימיות ומבנים נקבוביים, עשויות להיות קשות לעבודה. ליטוש כימי, שאינו דורש מגע, הוא כעת הדרך הטובה ביותר לטפל במבנים מסוג זה:
ליטוש של תעלות פנימיות: ריאגנטים כימיים יכולים להיכנס לתעלות פנימיות ברוחב של כמה מיקרומטרים בלבד, כדי להיפטר מקורות שנוצרו על ידי חפיפה של בריכת ההיתוך. לדוגמה, בעקבות ליטוש כימי, תעלת הזרימה הפנימית של פיית הדלק במנוע מטוס חותכת את התנגדות הזרימה ב-15% וגורמת למנוע צורך פחות דלק.
אופטימיזציה של המבנה הנקבובי: ליטוש כימי יכול להיפטר משכבות כדוריות רופפות על פני הנקבוביות של שתלים רפואיים כמו כוסות ירך והתקני איחוי בין-גוף. זה מקל על תאי העצם להיצמד לשתלים. מחקרים מצביעים על כך שחספוס פני השטח של סגסוגת טיטניום נקבובית מלוטשת פוחת ב-90%, בעוד ששיעור שילוב העצם מוגבר ב-40%.
ליטוש כימי עשוי לעבוד על כל צורה של חלק, ולכן הוא יכול לעבוד גם על משטחים חופשיים-. לדוגמה, ליטוש כימי הפך את פני השטח האווירודינמיים המסובכים של להבי טורבינה מודפסים בתלת מימד לחלקים יותר ב-10 מיקרומטר עד 1 מיקרומטר והגביר את הביצועים האווירודינמיים שלהם ב-8%.
2. שיפור ביצועים מכניים: להיפטר מפגמים ולהאריך את חיי העייפות
סדקי עייפות בחפצי מתכת מודפסים בתלת מימד מתחילים בפגמים על פני השטח. ליטוש כימי משפר את המאפיינים המכניים בדרכים הבאות:
הפחתת מתח שיורי: ליטוש כימי יכול להפחית חלקית את הלחץ השיורי הנגרם מהדפסה על ידי המסת אזורים זעירים. לדוגמה, ליטוש כימי יכול להאריך את חיי העייפות במחזור נמוך של סגסוגות מודפסות תלת-ממדיות-על בסיס ניקל בטמפרטורה גבוהה{{3} מ-5000 מחזורים ל-12000 מחזורים.
ביטול הגורם לסדקים: סימני החפיפה של חלקיקי אבקה לא מומסים והבריכה המותכת הם מקומות נפוצים שבהם מתחילים סדקים. ליטוש כימי יכול לתקן את הבעיות הללו ולהעלות את הסף לצמיחת סדקי עייפות ב-30%.
ציפוף פני השטח: שכבת פני השטח הופכת צפופה יותר לאחר ליטוש כימי בגלל תהליך ההמסה ולאחר מכן התמצקות שוב. לדוגמה, בעקבות ליטוש כימי, הנקבוביות של סגסוגת קובלט כרום מודפסת תלת-ממדית- יורדת מ-0.8% ל-0.02%, ועמידותה בפני קורוזיה עולה פי חמישה.
3. אופטימיזציה של תאימות ביולוגית: עומד בסטנדרטים רפואיים מחמירים
שתלים רפואיים צריכים להיות בעלי משטח חלק מאוד ולהיות תואמים ביולוגיים. פוליש כימי משרת את צורכי התחום הרפואי בדרכים הבאות:
משטחים מחוספסים יכולים להפוך בקלות לנקודות מסתור עבור חיידקים, אז הקפידו לשמור אותם נקיים. ליטוש כימי יכול להפוך משטחים לחלקים יותר עד לרמת התת-מיקרון, מה שמוריד מאוד את הסיכון לזיהום. לאחר ליטוש כימי, ההצמדה של Staphylococcus aureus לשתלי ברכיים עשויים מסגסוגת טיטניום מודפסת תלת-ממדית- ירדה ב-90%, למשל.
בקרת שחרור יונים: כאשר אתה מלטש כל דבר בצורה מכנית, זה יכול להוסיף מזהמים שגורמים ליונים מסוכנים (כמו יוני ניקל) להשתחרר יותר מדי. ליטוש כימי מנקה את פני השטח באמצעות תגובות כימיות בלבד, מה שמוודא ששחרור יונים עומד בדרישת התאימות הביולוגית של ISO 10993.
קידום התחדשות רקמות: משטחים חלקים יכולים לעזור לתאים להיצמד זה לזה ולהוריד תגובות אימונולוגיות. מחקרים מצביעים על כך שקצב הגדילה של אוסטאובלסטים על פני השטח של סגסוגת טיטניום נקבובית תלת-ממדית מלוטשת כימית מוכפלת.
3, שימושים בליטוש כימי בתעשייה: מבדיקת אבות טיפוס ועד לייצור מוצרים סופיים
1. תעופה וחלל: הפיכת דברים לאמינים יותר בתנאים קשים
להבי מנוע מטוסים, תאי בעירה וחלקים אחרים חייבים להיות מסוגלים להתמודד עם טמפרטורות קיצוניות, לחצים ותנאים קורוזיביים. ליטוש כימי גורם לחלקים להחזיק מעמד זמן רב יותר על ידי שיפור מצב המשטח.
להבי טורבינה: ליטוש כימי יכול להיפטר מהסימנים שהותירה הבריכה המותכת על פני הלהבים ולהאט את תהליך החמצון-בטמפרטורה גבוהה. לאחר ליטוש כימי, להבי הטורבינה של מנוע LEAP של GE Aviation, למשל, יכולים להתמודד עם טמפרטורות גבוהות ב-50 מעלות ולהחזיק מעמד ב-20% יותר.
ליטוש כימי יכול להיפטר ממיקרו-סדקים בחלק הפנימי של תוחם תא הבעירה, מה שהופך אותו ליכולת להתמודד טוב יותר עם מתח תרמי. בדיקת מחזור תרמית של 1000 מעלות הראתה שקצב התפשטות הסדקים של ספינות סגסוגת-על בסיס ניקל מלוטש נמוך ב-60%.
2. שתלים רפואיים: מה שהופך אותם לייחודיים ושימושיים
ליטוש כימי הוא החלק החשוב ביותר של הדפסת תלת מימד רפואית לאחר-עיבוד. זה תומך בכל התהליך, מהתאמה אישית של עיצובים ועד לגרום להם לעבוד:
שתלים אורטופדיים, כגון כוסות ירך ומכשירי איחוי בין-גוף, מיוצרים כך שיתאימו לגוף המטופל וזקוקים לליטוש כימי כדי לקבל את האיזון הנכון בין חלקות וביצועי שילוב עצם. למשל, למכשיר היתוך בין-גוף מסגסוגת טיטניום מודפסת תלת מימדית של Johnson&Johnson של DePuy Synthes, יש חספוס פני השטח של 0.8 מיקרומטר לאחר ליטוש כימי ושיעור הצלחה קליני של יותר מ-95%.
סטנט קרדיווסקולרי: ליטוש כימי יכול להיפטר מקמטים על פני הסטנט ולהוריד את הסיכוי לפקקת. לאחר ליטוש כימי, חספוס פני השטח של סטנט מסגסוגת ניקל טיטניום מודפס בתלת-ממד של בוסטון סיינטיפיק ירד מ-5 מיקרומטר ל-0.5 מיקרומטר, וקצב האנדותל עלה ב-30%.
3. ציוד תעשייתי: לצמצם את עלויות התחזוקה ולגרום לדברים לעבוד טוב יותר
ליטוש כימי משפר את מצב המשטחים, מה שמוריד את החיכוך ואת השימוש באנרגיה של ציוד תעשייתי.
ייצור תבניות: לאחר ליטוש כימי, חספוס פני השטח של תבניות הזרקה מודפסות בתלת מימד הולך מ-8 מיקרומטר ל-0.5 מיקרומטר, הכוח הדרוש להסרת התבנית יורד ב-40%, והתבנית מחזיקה פי שלושה יותר.
ליטוש כימי יכול להיפטר מכתמים בתעלת הזרימה של גוף השסתום ולהקל על זרימת הנוזלים דרכם. לדוגמה, לאחר ליטוש כימי, גוף השסתום ההידראולי המודפס התלת-ממדי-של קטרפילר מקטין את אובדן הלחץ ב-15% ומגביר את יעילות המערכת ב-8%.