धातु 3डी मुद्रित भागों की सतह का खुरदरापन कई कारकों के आधार पर काफी भिन्न होता है, और आम तौर पर कुछ माइक्रोमीटर और कई दसियों माइक्रोमीटर के बीच होता है। परंपरागत रूप से मशीनीकृत भागों के विपरीत, जहां सतह की फिनिशिंग काफी हद तक उपकरण ज्यामिति और काटने के मापदंडों का एक कार्य है, धातु योजक विनिर्माण मुद्रण प्रक्रिया, मुद्रित होने वाली सामग्री की भौतिक विशेषताओं और बाद में लागू किए गए पोस्ट प्रसंस्करण चरणों के बहुत व्यापक सेट का परिचय देता है, जो अंतिम सतह की स्थिति को निर्धारित करने के लिए परस्पर क्रिया करते हैं। यह समझने से कि इनमें से प्रत्येक कारक कैसे योगदान देता है, यह समझाने में मदद मिलती है कि एक ही डिज़ाइन से मुद्रित दो भाग सार्थक रूप से भिन्न सतह गुणवत्ता के साथ क्यों समाप्त हो सकते हैं।
प्रक्रिया प्रकार का प्रभाव
लेज़र पाउडर बेड फ़्यूज़न (L-PBF). यह आज उपयोग में आने वाली अधिक सामान्य धातु 3डी प्रिंटिंग प्रक्रियाओं में से एक है। यह धातु पाउडर को पिघलाने के लिए एक उच्च ऊर्जा लेजर का उपयोग करके काम करता है, जिसे परत दर परत अंतिम भाग के आकार में बनाया जाता है। आदर्श परिस्थितियों में, इस प्रक्रिया से सतह की खुरदरापन को लगभग Ra 10–30μm तक नियंत्रित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, इस प्रक्रिया का उपयोग करके अपेक्षाकृत सरल संरचनाओं के साथ धातु के हिस्सों को प्रिंट करते समय, पैरामीटर अनुकूलित होने के बाद अपेक्षाकृत कम खुरदरापन स्तर प्राप्त किया जा सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि लेज़र ऊर्जा काफी केंद्रित होती है, जिससे पिघले पूल के आकार और आकार पर सटीक नियंत्रण संभव हो जाता है। इस परिशुद्धता का मतलब है कि पाउडर जमने के साथ-साथ अधिक सघनता से जुड़ता है और ढेर हो जाता है, जो सतह के खुरदरेपन को कुछ हद तक कम करने में मदद करता है। लेजर बीम की कसकर केंद्रित प्रकृति का मतलब यह भी है कि आसपास के, बिना पिघले पाउडर में थर्मल इनपुट को कम किया जा सकता है, जिससे आंशिक रूप से पाप किए गए पाउडर की मात्रा कम हो जाती है जो मुद्रित फीचर के किनारों से चिपक जाती है और एक कठोर फिनिश में योगदान करती है।
इलेक्ट्रॉन बीम मेल्टिंग (ईबीएम)। यह प्रक्रिया धातु पाउडर को स्कैन करने और पिघलाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करती है। इस प्रक्रिया का उपयोग करके मुद्रित भाग आम तौर पर एक समान सामान्य खुरदरापन सीमा के भीतर आते हैं, हालांकि परिणाम इलेक्ट्रॉन बीम की विशेषताओं और उपयोग की गई स्कैनिंग रणनीति के आधार पर भिन्न हो सकते हैं। इलेक्ट्रॉन किरणें उच्च ऊर्जा रखती हैं और उत्कृष्ट फोकस प्रदान करती हैं, जिससे उच्च परिशुद्धता से पिघलने और भाग का निर्माण संभव होता है। ऐसे अनुप्रयोगों में जहां सतह की गुणवत्ता की आवश्यकताएं विशेष रूप से मांग वाली होती हैं, प्रक्रिया मापदंडों को ठीक करने से खुरदरापन Ra 10μm के करीब या उससे भी कम हो सकता है। यह ध्यान देने योग्य है कि ईबीएम आम तौर पर ऊंचे निर्माण कक्ष तापमान और वैक्यूम स्थितियों के तहत किया जाता है, जो लेजर आधारित प्रक्रियाओं की तुलना में पाउडर बिस्तर के व्यवहार को बदलता है - ऊंचा तापमान निर्माण के दौरान थर्मल तनाव को कम करता है, लेकिन यह अधिक पाउडर कणों को एक हिस्से के समोच्च के चारों ओर हल्के से सिंटर करने का कारण बन सकता है, जो एक कारण है कि ईबीएम सतहें कभी-कभी एल {{11}पीबीएफ सतहों की तुलना में थोड़ा अलग खुरदरापन चरित्र प्रस्तुत करती हैं, भले ही नाममात्र खुरदरापन मान समान हों।
भौतिक गुणों की भूमिका
विभिन्न धातु सामग्री। किसी दी गई सामग्री का गलनांक, चिपचिपाहट और अन्य भौतिक विशेषताएं सीधे मुद्रण प्रक्रिया के दौरान प्रवाह क्षमता और पाउडर के फैलने के व्यवहार को प्रभावित करती हैं, जो बदले में सतह के खुरदरेपन को प्रभावित करती हैं। उदाहरण के लिए, एल्युमीनियम मिश्रधातुएं - जिनका गलनांक अपेक्षाकृत कम होता है और प्रवाह क्षमता अच्छी होती है - छपाई के दौरान अंतरालों को भरते हैं और अधिक आसानी से चिकनी सतह बनाते हैं, और उनकी खुरदरापन आम तौर पर रा 15-25μm की सीमा तक पहुंच सकती है। इसके विपरीत, उच्च गलनांक और अधिक श्यानता वाली कुछ धातुएँ, जैसे कि कुछ उच्च तापमान वाले सुपरअलॉय, मुद्रण प्रक्रिया के दौरान आदर्श रूप से फैल और फ़्यूज़ नहीं हो सकते हैं, और उनकी खुरदरापन कुछ हद तक अधिक हो सकती है - आमतौर पर Ra 20–35μm की सीमा में। व्यवहार में यह अंतर मायने रखता है: किसी दिए गए अनुप्रयोग के लिए एल्यूमीनियम मिश्र धातु और निकल आधारित सुपर मिश्र धातु के बीच चयन करने वाला एक भाग डिजाइनर न केवल यांत्रिक गुणों और तापमान प्रतिरोध का वजन कर रहा है, बल्कि किसी भी पोस्ट प्रसंस्करण लागू होने से पहले एक अलग बेसलाइन सतह खत्म को भी स्वीकार कर रहा है।
मिश्रधातु रचना. किसी मिश्रधातु के भीतर विभिन्न तत्वों का अनुपात भी सतह के खुरदरेपन को प्रभावित करता है। उदाहरण के लिए, आसानी से ऑक्सीकृत तत्वों के उच्च अनुपात वाले मिश्र धातुओं में मुद्रण प्रक्रिया के दौरान होने वाले ऑक्सीकरण के कारण सतह की गुणवत्ता में गिरावट का अनुभव हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप खुरदरापन बढ़ जाता है। यह प्रभाव विशेष रूप से धातु 3डी प्रिंटिंग प्रक्रियाओं के लिए प्रासंगिक है जो पूरी तरह से निष्क्रिय या निर्वात वातावरण में काम नहीं करते हैं, जहां प्रत्येक परत के पिघलने के चक्र के दौरान ऑक्सीजन एक्सपोजर एक निर्माण के दौरान तैयार सतह पर एक मापने योग्य प्रभाव में जमा हो सकता है जिसमें हजारों व्यक्तिगत परतें शामिल हो सकती हैं।
पोस्ट की भूमिका-प्रसंस्करण विधियाँ
उष्मा उपचार। उचित ताप उपचार आंतरिक तनाव को दूर कर सकता है और एक हिस्से की धातु संरचना में सुधार कर सकता है, जिससे सतह का खुरदरापन कम हो सकता है। ताप उपचार के बाद, किसी हिस्से की सतह काफ़ी अधिक समतल हो सकती है, साथ ही खुरदरापन कई माइक्रोमीटर तक कम हो सकता है। उदाहरण के लिए, निर्माण के बाद मुद्रित धातु के हिस्से को एनीलिंग करने से अनाज की संरचना को परिष्कृत करने में मदद मिलती है, जिससे सतह की सूक्ष्म संरचना अधिक समान हो जाती है। खुरदरेपन को उपचार से पहले लगभग Ra 20μm से कम करके बाद में लगभग Ra 15μm तक कम किया जा सकता है। जबकि गर्मी उपचार अक्सर मुख्य रूप से अवशिष्ट तनाव को दूर करने और लचीलेपन जैसे यांत्रिक गुणों में सुधार करने के लिए लागू किया जाता है, सतह की खुरदरापन पर इसका प्रभाव एक उपयोगी माध्यमिक लाभ है - जिसे डिजाइनर कभी-कभी किसी हिस्से के पूर्ण पोस्ट प्रसंस्करण अनुक्रम की योजना बनाते समय अनदेखा कर देते हैं, भले ही यह डाउनस्ट्रीम में आवश्यक यांत्रिक परिष्करण की मात्रा को सार्थक रूप से कम कर सकता है।
यांत्रिक प्रसंस्करण. सैंडिंग और पॉलिशिंग जैसी यांत्रिक प्रसंस्करण विधियों के माध्यम से खुरदरापन को काफी हद तक कम किया जा सकता है। सैंडिंग से सतह के उभार और खामियाँ दूर हो जाती हैं, जिससे सतह की समग्र समतलता में सुधार होता है। फिर पॉलिश करने से सतह और अधिक परिष्कृत हो जाती है, जिससे खुरदरापन केवल कुछ माइक्रोमीटर या उससे भी कम हो जाता है। उदाहरण के लिए, बारीक पॉलिशिंग के बाद, धातु के 3डी प्रिंटेड हिस्से का खुरदरापन Ra 5μm से नीचे तक पहुंच सकता है, जो ऑप्टिकल उपकरण घटकों जैसे अत्यधिक उच्च सतह फिनिश आवश्यकताओं वाले अनुप्रयोगों की मांगों को पूरा करता है। इस प्रकार का परिष्करण अनुक्रम सामग्री को स्थिर करने के लिए ताप उपचार -, उसके बाद सकल सतह विशेषताओं को हटाने के लिए सैंडिंग, उसके बाद अंतिम सतह की गुणवत्ता प्राप्त करने के लिए पॉलिशिंग - यह दर्शाता है कि धातु योज्य निर्माण में खुरदरापन में कमी एक ही चरण के माध्यम से शायद ही कभी पूरी की जाती है। इसके बजाय, इसमें आमतौर पर थर्मल और मैकेनिकल उपचारों का एक स्तरित संयोजन शामिल होता है, प्रत्येक सतह की अनियमितता के एक अलग पैमाने को संबोधित करता है, थोक तनाव से राहत से लेकर माइक्रोन स्तर की चिकनाई तक।
यह सब एक साथ रखना
समग्र रूप से देखा जाए तो, कारकों की ये तीन श्रेणियां - प्रक्रिया प्रकार, सामग्री गुण, और पोस्ट {{1}प्रसंस्करण विधि - स्वतंत्र रूप से कार्य करने के बजाय परस्पर क्रिया करती हैं। अच्छी तरह से अनुकूलित मापदंडों के साथ कम {{5}चिपचिपाहट वाले एल्यूमीनियम मिश्र धातु से एल{4}पीबीएफ के माध्यम से मुद्रित एक भाग पहले से ही अपेक्षाकृत अनुकूल {7}निर्मित खुरदरापन प्राप्त कर सकता है, जबकि ईबीएम के माध्यम से उच्च {{8}चिपचिपाहट सुपरअलॉय से मुद्रित एक ही डिजाइन किसी भी पोस्ट प्रसंस्करण लागू होने से पहले भी एक मोटे आधार रेखा से शुरू हो सकता है। इसका मतलब यह है कि किसी दिए गए एप्लिकेशन के लिए लक्ष्य सतह फिनिश प्राप्त करना केवल वर्कफ़्लो के अंत में एक पोस्ट प्रोसेसिंग चरण को निर्दिष्ट करने का मामला नहीं है - इसके लिए शुरू से ही प्रक्रिया और सामग्री की पसंद पर विचार करना आवश्यक है, क्योंकि ये अपस्ट्रीम निर्णय व्यावहारिक आधार और सीमा निर्धारित करते हैं कि पोस्ट प्रोसेसिंग वास्तविक रूप से क्या हासिल कर सकती है। सख्त सतह फिनिश आवश्यकताओं वाले अनुप्रयोगों के लिए, यह समझना कि ये चर कैसे बातचीत करते हैं, इंजीनियरों को व्यापक और महंगी डाउनस्ट्रीम प्रसंस्करण के माध्यम से खराब प्रारंभिक सतह की स्थिति की भरपाई करने की कोशिश करने के बजाय, शुरू से ही प्रक्रिया, सामग्री और परिष्करण विधि के सही संयोजन का चयन करने की अनुमति देता है।