前処理なしのプラズマ電解研磨による積層造形チタン合金の表面仕上げ

Surface Finishing of Additive Manufactured Titanium Alloy by Plasma Electrolytic Polishing Without Pretreatments.

抄録

Ti-6Al-4V（Ti64）合金の積層造形法の登場により、さまざまな産業用途向けの複雑な形状の製造が容易になった。とはいえ、選択的レーザー溶融（SLM）で製造された部品固有の表面粗さは、疲労寿命、摩耗、腐食、および衛生的用途などで要求される厳しい表面品質基準への適合に悪影響を及ぼす、依然として重大な制限となっています。研削や電解研磨を含む従来の後処理方法は、多段階で手間がかかり、有害な電解液に依存することが多いため、特定の用途への使用が制限されている。本研究では、プラズマ電解研磨（PEP）を、3DプリントされたTi64部品のシングルステップ仕上げプロセスとして評価した。その結果、PEPは、初期表面状態にもよるが、15～20分の時間枠内で、表面粗さを約9～10µmの初期値から0.38～0.5µmまで効率的に低下させることが示された。これらの結果は、環境に適合した電解質の使用を保証しながら、衛生的な表面要件を満たしている。今回の発見は、PEPが非機械的で効率的かつ拡張可能な付加製造後処理戦略であることを立証するものである。PEPは、従来の多段階ワークフローに取って代わる能力を持ち、コスト、時間、環境への影響を大幅に削減する。

The advent of the additive manufacturing of Ti-6Al-4V (Ti64) alloys has facilitated the production of complex geometries for various industrial applications. Nevertheless, the inherent surface roughness of selective laser melting (SLM)-produced parts remains a critical limitation, adversely affecting fatigue life, wear, corrosion, and compliance with stringent surface quality standards, for example those required in hygienic applications. Conventional post-processing methodologies, encompassing grinding and electropolishing, are frequently multi-stage, labor-intensive, and reliant on hazardous electrolytes, which thus limits their use for certain applications. In this study, plasma electrolytic polishing (PEP) was evaluated as a single-step finishing process for 3D-printed Ti64 components. The findings indicate that PEP efficiently diminished surface roughness from initial values of approximately 9-10 µm to as low as 0.38-0.5 µm within a time frame of 15-20 min, depending on the initial surface condition. These outcomes meet hygienic surface requirements while ensuring the use of environmentally compatible electrolytes. The findings establish PEP as a non-mechanical, efficient, and scalable additive-manufacturing post-processing strategy. It has the capacity to supersede conventional multi-stage workflows and offer substantial reductions in cost, time, and environmental impact.