Inleiding: waarom metalen 3D-geprinte onderdelen oppervlaktebehandeling nodig hebben
Metalen onderdelen die met laser powder bed fusion (SLM) worden vervaardigd, kunnen intern een dichtheid van meer dan 99% bereiken. Toch voldoen hun vrije oppervlakken vaak niet direct aan functionele eisen door ruwheid, achtergebleven niet-gesmolten poeder en open poriën. Op het gebied van corrosiebestendigheid, slijtvastheid, geleidbaarheid, isolatie en uiterlijk scoort de as-built toestand meestal onvoldoende. Oppervlaktebehandeling is daarom een sleutelstap om een “geprint onderdeel” om te zetten in een “leverbaar technisch onderdeel”.
1. Voorbehandeling: maak het oppervlak eerst schoon, vlak en beheersbaar
De oorspronkelijke oppervlakteruwheid van SLM-onderdelen ligt meestal tussen Ra 6 en 12 μm, met aangehechte bolvormige deeltjes en resten van supportstructuren. Voor elke vervolgbehandeling moet de ruwheid via stralen, shot peening of handmatig schuren worden verlaagd tot Ra 1,6 tot 3,2 μm. Ook moeten supportresten en niet-gesmolten poeder volledig worden verwijderd. Belangrijk is dat metalen 3D-geprinte onderdelen vaak open poriën aan het oppervlak hebben. Tijdens de voorbehandeling moeten deze poriën met ultrasoon reinigen en alcohol of alkalische reinigingsmiddelen grondig worden schoongemaakt, anders kunnen galvanische vloeistoffen of afdichtmiddelen in de poriën achterblijven en later corrosie veroorzaken.
2. Anodiseren: vooral voor aluminiumlegeringen, met isolatie en corrosiebescherming
Geprinte aluminiumlegeringen zoals AlSi10Mg en 6061 zijn zeer geschikt voor zwavelzuuranodisatie. Hierbij ontstaat een aluminiumoxidelaag van 5 tot 25 μm, die de corrosiebestendigheid en elektrische isolatie aanzienlijk verbetert en via kleuren ook decoratieve effecten mogelijk maakt. Belangrijke procespunten zijn: eerst open poriën afdichten, vervolgens de oxidatiespanning op 12 tot 20 V houden en de elektrolyttemperatuur op 15 tot 22 °C controleren. Bij laagdiktes boven 20 μm moeten brosheid en maattoename worden beoordeeld. Titaniumlegering TC4 kan ook anodisch worden gekleurd, maar de oxidelaag is dun en hecht zwakker aan het substraat. Hiervoor zijn speciale processen nodig; aluminiumparameters mogen niet direct worden overgenomen.
3. Galvaniseren en chemisch vernikkelen: koper, nikkel en zilver voor geleidbaarheid en slijtvastheid
316L roestvast staal en TC4 titanium zijn chemisch relatief inert, waardoor direct galvaniseren snel tot afbladderen leidt. De juiste volgorde is: eerst ontvetten en oxidelagen verwijderen, daarna behandelen met een geschikte activator en vervolgens een dunne hechtlaag aanbrengen. Chemisch vernikkelen kan op complexe binnenruimtes en onregelmatige oppervlakken een gelijkmatige laag van 3 tot 10 μm vormen, met een hardheid van 500 tot 600 HV en duidelijk betere slijtvastheid. De belangrijkste risico’s zijn opgesloten vloeistof in poriën en waterstofbrosheid. Na het plateren is ontwaterstoffen bij hoge temperatuur noodzakelijk, bijvoorbeeld 2 tot 4 uur bij 200 °C. Ook doorlopende gaten en blinde gaten moeten goed worden afgedicht om putcorrosie door achtergebleven vloeistof te voorkomen.
4. Spuiten en coatings: thermische barrière, slijtvastheid en uiterlijk combineren
Plasmaspuiten, boogspuiten, elektrolakken en poedercoaten worden vaak toegepast voor slijtvastheid, corrosiebescherming of een uniform uiterlijk. Voor warme onderdelen die thermische isolatie nodig hebben, kan een zirkoniumoxide thermische-barrièrecoating worden aangebracht. Voor zichtdelen kunnen elektrolak of poedercoating de printstructuur verbergen. Let wel op de warmte-inbreng bij thermisch spuiten: dunwandige of uitkragende structuren kunnen vervormen. Daarom zijn opspanning, simulatie van thermische vervorming en controle van de laagdiktetolerantie binnen ±0,05 mm belangrijk.
5. Passiveren en passivatielagen: de basis voor corrosiebestendigheid van roestvast staal en titanium
Na passiveren met salpeterzuur of citroenzuur vormt 316L roestvast staal een chroomrijke, dichte Cr2O3-passivatielaag. De putcorrosiepotentiaal kan met meer dan 200 mV stijgen, waardoor dit een noodzakelijke stap is voor medische instrumenten en onderdelen die met voedsel in contact komen. Bij TC4 titanium ontstaat na warmtebehandeling vaak een zuurstofrijke alfalaag aan het oppervlak. Deze moet via beitsen en passiveren worden verwijderd, anders neemt de hechting van latere coatings en de vermoeiingsprestatie af. Passiveren is niet simpelweg “hoe sterker, hoe beter”: te hoge concentratie of temperatuur kan juist de continuïteit van de laag aantasten.
6. Proceskeuze en veelvoorkomende valkuilen
De keuze moet de volgorde “materiaal – functie – gebruiksomgeving – kosten” volgen: kies voor aluminiumlegeringen meestal anodiseren, voor geleidende en slijtvaste onderdelen chemisch vernikkelen, voor corrosieve omgevingen passiveren en voor uiterlijk of warmte-isolatie spuitcoatings. Vier vaak onderschatte valkuilen zijn: vertraagde corrosie door vloeistof in poriën, maatoverschrijding door coatingdikte, bros breken van hoogsterkteonderdelen door waterstofbrosheid en slechte hechting door onvoldoende voorbehandeling. Oppervlaktebehandeling opnemen in de DFM-review is de beste manier om herstelwerk bij levering te voorkomen.
Conclusie
Oppervlaktebehandeling is de laatste kilometer van metalen 3D-printing richting technische levering. Alleen door de compatibiliteit tussen materiaal en proces te begrijpen en voorbehandeling en poriënafdichting goed te beheersen, kunnen stabiele resultaten worden bereikt op het gebied van corrosiebestendigheid, slijtvastheid, geleidbaarheid en uiterlijk.
Dien een model, tekening, afbeelding of schriftelijke notities in. Ingenieurs beoordelen materiaal, proces, afwerking en levering op basis van daadwerkelijk gebruik.