表面处理和模具工具之间的联系

对于通过增材制造 (AM) 制造的金属生产部件，通常需要进行后处理精加工，尤其是在功能表面上。磨料精加工（包括研磨和抛光）能够精加工传统部件以及增材制造的部件（即 3D 打印部件）。与铣削等机械加工和其他替代精加工工艺相比，磨削具有在磨削表面层中产生严格公差、精细光洁度和所需压缩残余应力的优势。对于 3D 打印中常用的难加工材料，这些优势可能更加明显，因为磨料颗粒的自锐性使磨料工具的寿命比其他切削工具更长。可以制备具有复杂形状的砂轮，以精加工 3D 打印的 Inconel 718 和钛 6-4 部件。使用预成型砂轮的磨削工艺是精加工相对大批量部件的有效方法。除了精密磨削外，磨料工具还可用于手动或机器人模式下的自由形状精加工对TC) 合作，研究使用带固定点轮的 CNC 磨削和使用磨具的自由形式精加工来精加工 3D 打印部件。

具有倒角和曲面的 IN718 部件成功研磨至 1.2 – 1.5 微米 Sa 的表面光洁度。在研磨实验期间，安装在机床上的自动化具测量系测量了砂轮的磨损情况。虽然刀具测量系统最初是为铣削和车削刀具开发的，但这项研究表明它可以适用于砂轮。将这种类型的测量与机器控制器集成可实现自动砂轮磨损补偿。图 2：该图显示了测量的砂轮磨损和磨削路径长度，结果表明，当切削深度为 0.2 毫米时，刀具在倒角和曲面上磨损都很快，并且随着砂轮磨损，表面光洁度会下降。将切削深度减小到 0.1 毫米可显著减少砂轮磨损。图 2 显示了测得的砂轮磨损与磨削路径长度的关系。在切削深度为 0.2 毫米、进给速度为 150 毫米/分钟的情况下，在磨削倒角表面和曲面时，刀具磨损相对较快。在磨削距离约 8 米后，当砂轮直径减小到约 45 微米时，表面光洁度会变差。在进给速度相同的情况下，将切削深度从 0.2 毫米降低到 0.1 毫米，在磨削 10 米后，砂轮磨损显著减少到 10 微米以下。

研究人员还使用 TiAlN 涂层硬质合金刀具和 Hoffmann Group 推荐  购买卡塔尔电子邮件资源  的工艺条件（174 毫米/分钟进给率和 0.2 毫米切削深度）进行了铣削实验。这些研究表明，表面光洁度和刀具磨损与磨削相似。虽然铣削可以实现更大的切削深度（0.2 毫米对 0.1 毫米），但磨削具有潜在的成本优势：研究中使用的砂轮仅约 15 美元，而相应的铣削工具则约 50 美元。

研究表明，在磨削 IN718 和其他难加工材料时，电镀 cBN 砂轮可实现良好的表面光洁度和长寿命。与水溶性冷却液的兼容性和现场刀具磨损监测使安装点 cBN 砂轮成为精加工 3D 打印部件的有吸引力的选择。在硬化金属上，磨削相对于铣削或其他加工的优势进一步凸显。对于具有近净形状的 3D 打印部件，可以通过直接热处理打印部件而不在软状态下进行加工，然后通过磨削精加工热处理部件来优化后处理。

复杂的轮廓但没有严格的尺寸公差。为了研究这一点，研究人员打印了两个 IN718 部件（如图 3 所示），以代表航空航天和模具行业中常见的形状，并按照上一节所述对其进行热处理。打印肋条/支柱需要支撑，如图 4A 所示。它们用手动工具（例如平切刀）移除，在部件表面留下痕迹。

对于相对较大的自由曲面，研究发现锉带是最佳工具，因为它与曲面轮廓的贴合度高且具有灵活性。中等粒度（P60）涂层锉带在印刷表面上具有良好的材料去除率和长使用寿命。然后使用无纺布带产生良好的表面光洁度。快速更换盘和螺旋辊也在自由曲面上进行了测试，但性能不如锉带。发现纤维盘对工具接触角的依赖性较小，无法到达受限区域，导致异形表面上的材料去除和光洁度突然改变。螺旋辊可以进入小区域，但无法与凹面保持稳定接触，导致工具振动和光洁度不均匀。图 4：此肋条/支柱在打印时需要支撑，这些支撑可用手动工具拆除。外边缘用统一的无纺布轮和棉纤维固定点轮进行精加工，而内表面用螺旋辊进行粗磨，并用无纺布组合轮进行精加工。

对于具有轮廓轮廓的外部或易于接触的表面，统一的非织造轮和棉纤维固定点轮能够在不显著改变部件几何形状的情况下完成表面处理。然而，当直接应用于粗糙的印刷表面时，这两种工具都会很快磨损。因此，建议在印刷表面上使用涂层翼片轮或螺旋辊作为第一步。然后可以使用非织造翼片轮来精加工相对较大的表面，而统一和固定点轮可用于复杂或较小的区域。

对于自由形状的精加工，有各种各样的皮带、盘和安装点轮。表 2 总结了根据 3D 打印部件的共同特征选择合适磨料产品的一般指导。建议对不锈钢和高温合金使用陶瓷磨料，对钛和铝使用 SiC 或氧化锆磨料。