ES3055484T3

ES3055484T3 - Electropolishing method

Info

Publication number: ES3055484T3
Application number: ES20786232T
Authority: ES
Inventors: Dean Klower
Original assignee: 3DM Biomedical Pty Ltd
Current assignee: 3DM Biomedical Pty Ltd
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2026-02-12
Anticipated expiration: 2040-03-24
Also published as: CN113661276B; CN113661276A; EP3953503C0; CA3133711A1; AU2020256911B2; EP3953503B1; JP7531517B2; KR20210151157A; EP3953503A4; AU2020256911A1; US11873572B2; CA3133711C; WO2020206492A1; EP3953503A1; BR112021019613A2; JP2022528970A; KR102948801B1; SG11202109760YA; US20220178047A1

Abstract

Un método para electropulir un artículo metálico fabricado, comprendiendo el método: poner en contacto el artículo metálico con un electrolito de electropulido; y electropulir el artículo metálico en el electrolito de electropulido mediante la aplicación de un régimen de corriente aplicado que comprende: al menos un régimen de electropulido, comprendiendo cada régimen de electropulido una densidad de corriente de al menos 2 A/cm2 y un voltaje que comprende una forma de onda conformada que tiene una frecuencia de 2 Hz a 300 kHz, un voltaje mínimo de al menos 0 V y un voltaje máximo de entre 0,5 a 500 V. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Método de pulido electrolítico

[0003] Referencia cruzada de prioridad

[0004] La presente invención reivindica prioridad de convención de la solicitud de patente provisional australiana N.º 2019901205 presentada en la Oficina Australiana de Patentes el 9 de abril de 2019.

[0005] Campo técnico

[0006] La presente invención se refiere en general a un método de pulido electrolítico para suavizar la superficie de un artículo metálico fabricado. La invención es aplicable en particular al acabado de superficie de aleaciones metálicas que se fabrican de manera aditiva (impresas en 3D) y, en particular, metales y aleaciones metálicas con capas protectoras de óxido, tal como aleaciones que contienen cromo, titanio y aleaciones de titanio, aleaciones de níquel, tal como el nitinol, y aluminio y aleaciones de aluminio, y será conveniente en lo sucesivo en el presente documento divulgar la invención en relación con dicha aplicación ilustrativa. Sin embargo, se debe apreciar que la invención no se limita específicamente a productos de metal y de aleación metálica que se fabrican de manera aditiva (impresos en 3D) y se puede aplicar a una amplia variedad de artículos metálicos (de metal y de aleación metálica) producidos a partir de una variedad de métodos de fabricación que requieren pulido electrolítico para suavizar la superficie de dicho artículo metálico.

[0007] Antecedentes de la invención

[0008] La siguiente discusión de los antecedentes de la invención pretende facilitar una comprensión de la invención. Sin embargo, se debe apreciar que la discusión no es un reconocimiento o admisión de la publicación de ninguno de los materiales a los que se hace referencia, conocidos o parte del conocimiento general común en la fecha de prioridad de la solicitud.

[0009] En el documento US2014/0018244A1 se enseña un sistema de mecanizado electroquímico para el acabado de cavidades de radiofrecuencia superconductoras. El sistema incluye una solución electrolítica que no contiene ácido fluorhídrico, un electrodo en contacto con la solución electrolítica, una pieza de trabajo separada del electrodo y en contacto con la solución electrolítica y una fuente de alimentación que incluye un primer cable eléctrico acoplado eléctricamente al electrodo y un segundo cable eléctrico acoplado eléctricamente a la pieza de trabajo, estando configurada la fuente de alimentación para hacer pasar una corriente eléctrica entre el electrodo y la pieza de trabajo.

[0010] En el documento US2005/145508A1 se enseña un método de limpieza y pulido de una aleación que comprende al menos un metal noble y al menos un metal no noble, el método incluye las etapas de sumergir dicha aleación en un baño de electrolito ácido que comprende al menos un agente quelante o complejante que incluye azufre, y aplicar una forma de onda inversa periódica de pulsos múltiples, y los artículos limpiados y/o pulidos de ese modo. El documento US6402931B1 se refiere al mecanizado electroquímico de metales y aleaciones mediante el uso de una corriente eléctrica pulsada que incorpora corriente eléctrica inversa modulada. Los pulsos inversos (catódicos) se interponen entre los pulsos directos (anódicos). El proceso es útil para la conformación electroquímica de metales, pulido electroquímico de superficies metálicas y desbarbado electroquímico de artículos metálicos. El proceso es especialmente útil para el procesamiento electroquímico de metales y aleaciones que forman fácilmente capas superficiales pasivas.

[0011] El WO2018102844A1 se refiere a un método para el pulido electroquímico de superficies metálicas por medio de secuencias de pulsos repetitivos, en donde se proporciona al menos un pulso anódico, cuya intensidad de corriente aumenta de manera continua en la curva de avance de tiempo hasta un valor especificable. La invención se refiere además al uso de dicho método para componentes producidos en 3D y a un sistema para ello.

[0012] La fabricación aditiva proporciona usualmente artículos con una amplia gama de rugosidad de superficie o acabado de superficie, que tienen normalmente un valor Ra de rugosidad de superficie promedio por encima de 2 µm, normalmente por encima de 5 µm (macroacabado) y, usualmente, valores de 8 a 20 µm Ra. Dichas partes fabricadas de manera aditiva necesitan ser pulidas o trabajadas a máquina de otra manera para reducir su rugosidad de superficie inicial a los valores aceptables requeridos para una aplicación específica.

[0013] Métodos mecánicos tal como el lapeado, el desbarbado con muela y el pulido pueden reducir la rugosidad de superficie promedio inicial de los artículos hasta un nivel de microacabado (normalmente 0,01<Ra<2,00 µm). Estos métodos consumen mucho tiempo y generalmente son manuales, lo que los hace propensos a errores y muy costosos. Los tiempos de pulido actuales normalmente superan una hora con trabajo manual. Además, estos métodos pueden tener limitaciones de uniformidad cuando se usan en componentes de formas complejas. Además, si la rugosidad de superficie inicial es alta, pueden que se requieran varias etapas de desbarbado con muela/pulido para lograr la rugosidad de superficie final deseada.

[0014] El pulido electrolítico es una técnica de acabado alternativa adecuada para el acabado y pulido de componentes metálicos que pueden resultar difíciles de pulir por métodos convencionales. El pulido electrolítico usa corriente continua y un electrolito conductor para eliminar partículas de las superficies metálicas. El estado de la técnica actual usa corriente CC a una tensión fundamentalmente estable, o una adición de un componente relativamente pequeño de corriente alterna, siendo inferior al 20 % de la tensión CC. Las tasas de eliminación (corrientes) están usualmente entre 0,25 a 0,50 A/cm<2>, basándose en la superficie del componente metálico. La reducción de la rugosidad de superficie normalmente es de 1,5 µm a 0,7 µm Ra en un tiempo de proceso de 30 a 60 minutos. La velocidad de eliminación de material puede ser lenta, con un amperaje de pulido electrolítico que oscila generalmente entre 10 y 200 mA/cm<2>. Debido a la lenta velocidad de reducción y a la pequeña tasa de eliminación de partículas, este proceso requiere al menos otro pulido manual o proceso de acabado alternativo para llevar la parte a una superficie aceptable antes de que el pulido electrolítico sea viable. Algunos ejemplos de procesos de pretratamiento usados para reducir el tiempo de acabado químico incluyen mecanizado CNC, pulido en tambor, sistemas de vibración, tratamiento térmico, granallado, lijado, decapado con perlas o refusión por láser. El tratamiento posterior también puede requerir un acabado mecánico manual.

[0015] El pulido electrolítico convencional también usa normalmente una combinación de soluciones ácidas altamente concentradas, incluyendo combinaciones de ácido fluorhídrico, ácido nítrico, ácido sulfúrico y ácido fosfórico. Estos electrolitos no son respetuosos con el medio ambiente y pueden plantear problemas de eliminación.

[0016] No obstante, se han desarrollado sistemas de pulido electrolítico para pulir superficies fabricadas de manera aditiva. Un ejemplo se encuentra en la patente de Estados Unidos N.º de publicación US20190345628A1, en la que se enseña un método para el pulido electroquímico de superficies impresas en 3D de productos hechos de acero, aleaciones a base de níquel, aleaciones de aluminio, aleaciones de magnesio o de titanio, por medio de secuencias de pulsos repetitivos en las que se proporciona al menos un pulso anódico, cuya intensidad de corriente aumenta de manera continua en la curva de avance de tiempo hasta un valor especificable. Se pueden usar además micropulsos de frecuencia más alta que sucedan al primer pulso anódico, los que son interrumpidos por una pausa de pulso y/o por al menos un pulso catódico. La densidad de corriente promedio del régimen de pulido electrolítico es preferentemente de 0,005 A/cm<2>a 0,3 A/cm<2>, con los pulsos teniendo una duración de 0,0005 s a 5 s, con una frecuencia de 0,2 Hz a 2 kHz.

[0017] Aunque proporciona resultados de pulido electrolítico razonables, el sistema del documento US20190345628A1 no opera fuera del intervalo transpasivo en la curva de tensión-corriente para evitar la ruptura completa de la capa de película de pulido o pasiva y sus propiedades, lo que puede provocar veteado potencial, problemas de producción de gas, problemas de calentamiento, etcétera.

[0018] Es deseable, por tanto, proporcionar un método alternativo o mejorado de acabado y/o pulido de artículos metálicos, preferentemente artículos metálicos rugosos y, en particular, artículos metálicos (de metal o aleación metálica) que tienen una capa de óxido protectora, tal como aleaciones metálicas que contienen cromo.

[0019] Sumario de la invención

[0020] La presente invención proporciona una técnica de pulido electrolítico que se puede aplicar a artículos metálicos (de metal o aleación metálica) que tienen una capa de óxido protectora, tal como aluminio, aleaciones de aluminio, titanio, aleaciones de titanio, aleaciones de níquel, tal como el nitinol, y aleaciones metálicas que contienen cromo, como el acero inoxidable y el Inconel. La técnica de pulido electrolítico se puede aplicar a artículos metálicos con superficies rugosas y logra una excelente reducción de la rugosidad de superficie de una manera más rápida que los métodos de pulido electrolítico convencionales.

[0021] Un primer aspecto de la presente invención proporciona un método para el pulido electrolítico de un artículo metálico fabricado, comprendiendo el método:

[0022] poner en contacto el artículo metálico con un electrolito de pulido electrolítico; y

[0023] realizar el pulido electrolítico del artículo metálico en el electrolito de pulido electrolítico mediante la aplicación de un régimen de corriente aplicada que comprende: al menos un régimen de pulido electrolítico que comprende una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión que tiene una forma de onda definida que tiene una frecuencia de 2 Hz a 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V y una tensión máxima de entre 0,5 y 500 V.

[0024] La presente invención proporciona un método de pulido electrolítico capaz de pulir rápidamente dando como resultado un acabado de superficie libre de una textura heterogénea y/o que presenta un valor de rugosidad de superficie promedio considerablemente inferior después del pulido electrolítico. El método de pulido electrolítico de la presente invención usa una densidad de corriente alta de 2 A/cm<2>o superior para eliminar rápidamente el material. El método de pulido electrolítico de la presente invención también usa una tensión con forma de onda definida que varía la tensión (y la corriente) que se entrega al objeto que está siendo tratado desde aproximadamente, o cerca de, cero voltios, o la tensión más baja que se suministra al objeto durante el régimen, hasta la tensión total que se suministra al objeto durante el régimen, en el intervalo de 0,5 V a 500 V. La forma de onda se entrega a una frecuencia en el intervalo de 2 Hz y 300 kHz. Esta densidad de corriente y forma de onda de tensión posibilita que se eliminen grandes cantidades de material de la superficie o superficies tratadas del artículo metálico a una tasa rápida.

[0025] A diferencia de los procesos de la técnica anterior, la presente invención no evita operar fuera del intervalo transpasivo en la curva de tensión-corriente. En la presente invención, la densidad de corriente y la tensión se seleccionan para decapar la capa pasiva (que se forma en el intervalo transpasivo) al inicio mismo del proceso. Usando frecuencia, tensión, corriente, temperatura y química controladas, la presente invención es capaz de hacer frente a todos los problemas provocados por operar fuera de los límites estándar aceptados de tensión-corriente. Aunque se puede usar un régimen de corriente aplicada simple, son usuales mejores resultados cuando se usan al menos dos regímenes de corriente durante el pulido electrolítico. En estas realizaciones, el método de la presente invención comprende al menos dos regímenes de pulido electrolítico y, más preferentemente, al menos tres regímenes de pulido electrolítico, comprendiendo cada régimen de pulido electrolítico una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión con una forma de onda definida que tiene una frecuencia de 2 Hz a 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V y una tensión máxima de entre 0,5 y 500 V, y en donde al menos una de la frecuencia, la densidad de corriente (corriente), o la tensión máxima de cada régimen de pulido electrolítico se cambia en comparación con el régimen de pulido electrolítico precedente.

[0026] El inventor descubrió que la aplicación prolongada de una corriente de pulido electrolítico alta puede dejar marcas y vetas en la superficie. Por tanto, se usa un régimen de corriente aplicada que tiene dos o más regímenes de pulido electrolítico para ayudar a lograr un acabado delicado. El efecto del régimen de corriente aplicada se potencia usando dos o más regímenes de pulido electrolítico y modificando, por ejemplo, escalonando (de manera ascendente o descendente) una o varias de la frecuencia, la densidad de corriente (corriente), o la tensión máxima en comparación con el régimen de pulido electrolítico precedente. Aunque no se desea limitarse a ninguna teoría, el inventor considera que, al inicio de un régimen, la tasa de eliminación de material es alta. En menos de un minuto se forma una capa de difusión en la superficie del material tratado. La capa de difusión parece actuar de forma similar a un aislante o una carga resistiva. Esta capa de difusión reduce considerablemente la velocidad de eliminación de material y, si no se elimina, la velocidad del proceso se degrada considerablemente. La tensión máxima, la densidad de corriente (corriente) y la frecuencia se varían para alterar la capa de difusión alrededor de la parte que está se está sometiendo a pulido electrolítico y restablecer la velocidad alta de eliminación de material. La velocidad mejorada mantiene aún resultados que pueden llevar preferentemente a una superficie áspera (Ra>2 µm, normalmente Ra>5 µm), hasta por debajo de 2 µm Ra de rugosidad de superficie en menos de 10 minutos, preferentemente en menos de 5 minutos, normalmente en menos de 2 minutos y, en algunos casos, en menos de 1 minuto.

[0027] La presente invención usa cambios, normalmente cambios escalonados, en la frecuencia, tensión y/o densidad de corriente para alterar la capa de difusión de formación rápida adyacente a la parte después de un período de tiempo corto, en cualquier conjunto de parámetros dado (frecuencia, tensión, densidad de corriente). Sin embargo, se debe apreciar que la presente invención puede usar la frecuencia, la tensión, la corriente/densidad de corriente, la temperatura y la química para gestionar todas las variables y permite arrancar partículas (realizar pulido electrolítico) de una manera uniforme de la superficie del artículo metálico.

[0028] La capa de difusión es muy densa en comparación con el resto del electrolito. La capa de difusión ralentiza la transferencia de electrones y partículas elementales a través de lo que se puede describir como una "sopa densa de electrolito y partículas de metal" en una capa alrededor del artículo metálico. Cambiando los parámetros (frecuencia, tensión, densidad de corriente) la capa densa alrededor del artículo metálico se reemplaza constantemente con el electrolito fresco y el pulso de corriente alta al inicio de cada etapa crea una generación de gas extra intensa que también ayuda a eliminar la capa de difusión de su posición adyacente al artículo metálico. Al menos una de la tensión máxima, la densidad de corriente (corriente) o la frecuencia se cambia entre cada régimen de pulido electrolítico. En la mayoría de los casos, esto comprende escalonar una o varias de la tensión máxima, la densidad de corriente (corriente) o la frecuencia de manera ascendente o descendente en comparación con el régimen de pulido electrolítico precedente.

[0029] Los regímenes de pulido electrolítico también se diseñan preferentemente para someter a pulido electrolítico de manera progresiva al artículo metálico con intensidad decreciente para posibilitar un acabado delicado. Por tanto, cada régimen de pulido electrolítico sucesivo tiene preferentemente al menos una de: una tensión máxima generalmente inferior o una densidad de corriente generalmente inferior respecto a los regímenes de pulido electrolítico precedentes (es decir, globalmente inferior en un patrón de tendencia descendente, aunque los regímenes individuales pueden variar de dicho patrón y tener un componente superior).

[0030] La tensión y la corriente se aplican en regímenes de pulido electrolítico con niveles máximos de tensión/corriente que difieren y diferentes frecuencias. Se debe apreciar que la tensión usada determina el flujo de corriente y se puede considerar como una variable. La tensión/corriente determina la cantidad de material eliminado. Cuando se usan varios regímenes de pulido electrolítico, los regímenes de pulido electrolítico iniciales tienen tensión máxima alta (por tanto, corriente/densidad de corriente alta) para eliminar rápidamente grandes cantidades de material. Esto reduce rápidamente la rugosidad de superficie en materiales muy rugosos a una rugosidad moderadamente suave. La tensión/densidad de corriente máxima se puede reducir en regímenes de pulido electrolítico subsiguientes para obtener resultados cada vez más finos. En consecuencia, el proceso óptimo de acabado de superficie es una serie de regímenes de pulido electrolítico con un nivel inicial alto, pero disminuyendo luego la tensión/corriente máxima para obtener acabados cada vez más suaves y finos. En realizaciones, la tensión/corriente alta normalmente tiene una densidad de corriente superior a 5 A/cm<2>, preferentemente superior a 7 A/cm<2>, más preferentemente superior a 10 A/cm<2>, Se debe apreciar que la tensión correspondiente es dependiente de la conductividad del electrolito.

[0032] A una densidad de corriente muy alta (>10 A/cm<2>) la eliminación de partículas/material de la superficie del artículo metálico es muy rápida, agresiva y volátil, a menudo haciendo a la superficie metálica del artículo metálico ligeramente picada o desigual (o, en baja frecuencia, causando vetas). La presente invención usa una densidad de corriente alta en comparación con los métodos de pulido electrolítico anteriores para eliminar la mayor parte del material. Por tanto, el proceso de pulido electrolítico se puede mejorar preferentemente escalonando lentamente la corriente de manera descendente para dejar el producto con una superficie suave y uniforme, como se describe con más detalle a continuación.

[0034] En la etapa de pulido electrolítico se puede usar cualquier número de regímenes de pulido electrolítico. En algunas realizaciones, la etapa de pulido electrolítico incluye al menos 3 regímenes de pulido electrolítico, preferentemente al menos 4 regímenes de pulido electrolítico, más preferentemente al menos 10 regímenes de pulido electrolítico y, aún más preferentemente, al menos 20 regímenes de pulido electrolítico. En algunas realizaciones, la etapa de pulido electrolítico incluye más de 40 regímenes de pulido electrolítico. En otras realizaciones, la etapa de pulido electrolítico incluye de 3 a 10 regímenes de pulido electrolítico. En realizaciones, la etapa de pulido electrolítico incluye de 3 a 6 regímenes de pulido electrolítico. Cada régimen de pulido electrolítico sucesivo se aplica preferentemente con una frecuencia diferente a la del régimen de pulido electrolítico precedente. Sin embargo, se debe apreciar que, en algunos casos, uno o más regímenes de pulido electrolítico sucesivos se pueden aplicar con la misma frecuencia que el régimen de pulido electrolítico precedente.

[0036] El método de pulido electrolítico de la presente invención es rápido (al menos cinco a diez veces más rápido que los métodos de pulido electrolítico convencionales), proporcionando preferentemente una reducción de la rugosidad de superficie promedio a menos de 2 µm Ra en menos de 10 minutos, preferentemente en menos de 5 minutos y, más preferentemente, en menos de 2 minutos y en algunas realizaciones en no más de 1 minuto. El método de pulido electrolítico de la presente invención proporciona un pulido uniforme, es preciso y escalable. Este tratamiento de pulido electrolítico puede ser de gran interés para los procesos de fabricación en ingeniería en los que el artículo resultante tiene una textura superficial muy rugosa y desigual (tal como componentes impresos en 3D, superficies decapadas de manera grosera, partes sinterizadas muy rugosas).

[0038] La duración total de todos los regímenes de pulido electrolítico es preferentemente inferior a 10 minutos, y más preferentemente inferior a 5 minutos. En algunas realizaciones, la duración total de todos los regímenes de pulido electrolítico es preferentemente inferior a 3 minutos, más preferentemente inferior a 2 minutos, y aún más preferentemente de no más de 60 s. Para lograr esto, cada régimen de pulido electrolítico se puede aplicar por un período de 1 a 30 s, preferentemente de 1 a 20 s, más preferentemente de 1 a 15 s. En algunas realizaciones, cada régimen de pulido electrolítico se puede aplicar por un período de 2 a 30 s, preferentemente de 2 a 20 s, más preferentemente de 2 a 15 s.

[0040] Los regímenes de corriente aplicada se aplican durante un período eficaz para provocar la reducción de la rugosidad del artículo metálico. El intervalo de régimen de corriente aplicada de tensiones/corrientes (densidad de corriente) y frecuencias que han sido predeterminadas para ser óptimas para el pulido de la parte y el material.

[0041] Una fuente de alimentación de CC o pulsada adecuada (controlada por tensión o corriente) se usa para polarizar ambos electrodos (es decir, el cátodo y el ánodo/artículo metálico). La corriente y la densidad de corriente asociada de los regímenes de corriente aplicada afectan a la tasa de eliminación de material y, por tanto, a la velocidad de pulido electrolítico del artículo metálico. La corriente es de al menos 0,1 A. La densidad de corriente asociada es de al menos 2 A/cm<2>, preferentemente de al menos 1,0 A/cm<2>, más preferentemente de al menos 5 A/cm<2>. En algunas realizaciones, la densidad de corriente es de 2 A/cm<2>a 200 A/cm<2>, preferentemente de 20 a 50 A/cm<2>. En algunas realizaciones, la densidad de corriente es superior a 22 A/cm<2>, preferentemente superior a 25 A/cm<2>. En algunas realizaciones, la densidad de corriente es de 25 A/cm<2>a 200 A/cm<2>, preferentemente de 25 a 100 A/cm<2>. En algunas realizaciones, la densidad de corriente es de 30 A/cm<2>a 200 A/cm<2>, preferentemente de 30 a 100 A/cm<2>.

[0043] La corriente puede ser solo CC, solo CA, CC con pulso de onda cuadrada, CC pulsada sinusoidal o una mezcla de las mismas. Cuando se usa una forma de onda de CC pulsada, se debe apreciar que la forma de onda de corriente aplicada no es la clásica de CA ni precisamente de CC. La forma de onda se puede caracterizar como una corriente con forma de onda cuadrada que puede ser ya sea una corriente alterna o una onda cuadrada de CC pulsante. En algunas realizaciones, la forma de onda cuadrada de CC pulsante tiene una fase de corriente cero más larga en comparación con la fase de corriente pico o aplicada. En una serie de realizaciones, la corriente comprende una corriente CC.

[0045] La forma de onda definida de la tensión puede ser una de onda cuadrada, sinusoidal, pulsada, o una combinación de las mismas. En algunas realizaciones, la corriente con forma de onda definida comprende una forma de onda con modulación de ancho de pulso (PWM), preferentemente un pulso de onda cuadrada, preferentemente teniendo un tiempo muerto variable. En algunas realizaciones, el pulso de onda cuadrada tiene un tiempo muerto variable. En algunas realizaciones, la forma de onda cuadrada pulsante tiene una fase de corriente cero más larga en comparación con la fase de pico o tensión aplicada.

[0047] Los materiales con capas de óxido protectoras, tal como titanio y aluminio, se rompen con mayor velocidad y a tensiones máximas inferiores usando una frecuencia superior. La frecuencia de la corriente se varía preferentemente en cada régimen para asistir a la ruptura de la barrera de difusión en la superficie del artículo metálico que se está sometiendo a pulido electrolítico. La frecuencia puede variar de 2 Hz a 300 kHz (o más en algunos casos). En algunas realizaciones, la frecuencia puede variar de 200 Hz a 300 kHz, preferentemente de 2 kHz a 300 kHz. En realizaciones, la frecuencia puede variar de 2 Hz a 200 kHz, preferentemente de 2 Hz a 150 kHz. En otras realizaciones, la frecuencia puede variar desde 2 kHz hasta 200 kHz, preferentemente de 2 kHz a 150 kHz. En algunas realizaciones, la frecuencia es de 10 kHz a 300 kHz, preferentemente de 10 kHz a 200 kHz, más preferentemente de 10 kHz a 150 kHz. En algunas realizaciones, la frecuencia es de 10 kHz a 100 kHz. En otras realizaciones, la frecuencia es de 20 a 300 kHz, preferentemente de 20 a 100 kHz, más preferentemente de 20 a 90 kHz y, aún más preferentemente, de 40 a 80 kHz. La frecuencia exacta se selecciona para adecuarse a la composición particular del artículo metálico y la rugosidad de superficie deseada.

[0049] En realizaciones, la forma de onda comprende un cambio entre la tensión máxima y la tensión mínima de al menos uno de: superior al 80 % de la tensión máxima; o superior a 1 V, preferentemente superior a 2 V, más preferentemente superior a 3 V. En algunas realizaciones, la forma de onda comprende un cambio entre la tensión máxima y la tensión mínima de al menos uno de:

[0050] - superior al 80 % de la tensión máxima; o

[0051] - superior a 2 V.

[0053] En algunas realizaciones, la forma de onda comprende un cambio entre la tensión máxima y la tensión mínima de al menos uno de: superior al 80 % de la tensión máxima; o superior a 1 V, preferentemente superior a 5 V, más preferentemente superior a 10 V, aún más preferentemente superior a 20 V, aún más preferentemente superior a 30 V. En algunas realizaciones, la forma de onda comprende un cambio entre la tensión máxima y la tensión mínima de al menos uno de:

[0054] - superior al 80 % de la tensión máxima; o

[0055] - superior a 40 V.

[0057] La tensión máxima usada en cada régimen de pulido electrolítico está entre 0,5 y 500 V. En la mayoría de las realizaciones, la tensión máxima está entre 1 V y 200 V, preferentemente entre 5 V y 150 V y, más preferentemente, entre 10 V y 100 V. En realizaciones particulares, la tensión está entre 10 y 75 V. La tensión mínima es inferior a la tensión máxima y es de al menos 0 V. En algunas realizaciones, la tensión mínima está entre 0 y 150 V, preferentemente entre 0 y 100 V y, más preferentemente, entre 0 y 50 V. En algunas realizaciones, la tensión mínima está entre 0 y 20 V, preferentemente entre 0 y 10 V. En realizaciones, la tensión mínima es una tensión cercana a 0 V (tan cercana como sea práctico para la fuente de alimentación particular), es decir, sustancialmente 0 V o aproximadamente 0 V.

[0059] Donde la densidad de corriente se cambia entre los regímenes de pulido electrolítico sucesivos, se puede cambiar la densidad de corriente, preferentemente de manera escalonada ascendente o descendente en comparación con el régimen de pulido electrolítico precedente. En realizaciones, dicho cambio en la densidad de corriente es normalmente de al menos 1 A/cm<2>, preferentemente de al menos 2 A/cm<2>y, más preferentemente, desde 2 hasta 200 A/cm<2>. En algunas realizaciones, dicha densidad de corriente se cambia entre 1 a 100 A/cm<2>, más preferentemente entre 1 a 50 A/cm<2>.

[0061] La etapa de pulido electrolítico puede incluir uno o una serie de regímenes de enfriamiento a continuación de uno o una serie de los regímenes de pulido electrolítico. En realizaciones, la etapa de pulido electrolítico incluye al menos un régimen de enfriamiento que comprende la disminución de la densidad de corriente a continuación de al menos un régimen de pulido electrolítico. El régimen de enfriamiento puede seguir a un solo régimen de pulido electrolítico, a una serie de regímenes de pulido electrolítico o, en algunos casos, a cada régimen de pulido electrolítico. Donde se disminuye la densidad de corriente, esta se disminuye preferentemente como máximo a la mitad de la densidad de corriente del régimen de pulido electrolítico precedente, más preferentemente como máximo a un cuarto de la densidad de corriente del régimen de pulido electrolítico precedente. La densidad de corriente disminuida puede ser 0,5 o menos, 0,4 o menos, 0,3 o menos, 0,2 o menos o incluso 0,1 o menos de la densidad de corriente del régimen de pulido electrolítico anterior. En algunas realizaciones, la densidad de corriente se disminuye hasta acercarse o igualarse a la densidad de corriente cero. El régimen de enfriamiento se puede aplicar durante cualquier periodo de tiempo adecuado. En algunas realizaciones, cada régimen de enfriamiento se aplica por un período de al menos 0,5 s, más preferentemente, de al menos 1 s. En realizaciones, el régimen de enfriamiento se aplica por 1 a 10 s, preferentemente de 1 a 5 s. El régimen de enfriamiento tiene una densidad de corriente reducida en comparación con el régimen de pulido electrolítico precedente y, por tanto, una corriente aplicada reducida para permitir que el artículo metálico y el cátodo se enfríen. Esto puede ser ventajoso en determinadas realizaciones, por ejemplo, en métodos no sumergidos (véase más adelante) en los que el artículo metálico se conecta al terminal positivo de una fuente de alimentación, convirtiéndose de ese modo en un ánodo, y el cátodo comprende un electrodo conductor adecuado, por ejemplo, un cepillo conductor, está conectado al terminal negativo de la fuente de alimentación. En estas realizaciones, el tiempo de enfriamiento tiene como objetivo enfriar la pieza de trabajo metálica, aunque también hay beneficio del enfriamiento del cepillo electrodo.

[0062] Las realizaciones a modo de ejemplo de la presente invención incluyen un pulso inicial que precede a los regímenes de pulido electrolítico. En estas realizaciones, la etapa de pulido electrolítico incluye la aplicación de un régimen de corriente aplicada que comprende:

[0063] (A) un pulso inicial que comprende una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión que comprende una forma de onda definida que tiene una frecuencia de 20 a 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V y una tensión máxima de entre 50 y 500 V, aplicada por un período de al menos 1 s; seguida por

[0064] (B) al menos un régimen de pulido electrolítico que comprende una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión que comprende una forma de onda definida que tiene una frecuencia de 2 Hz a 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V y una tensión máxima de entre 0,5 y 500 V.

[0066] Decapando inicialmente la parte con densidad de corriente alta, la presente invención elimina instantáneamente la capa de película de pulido pasivaIque protege el artículo metálico de ser atacado. En este estado, el artículo metálico es muy susceptible al ataque químico y atmosférico. La presente invención usa la frecuencia, la tensión, la corriente, la temperatura y la química para gestionar todas las variables y permite arrancar partículas de una manera uniforme de la superficie del artículo metálico.

[0068] En realizaciones preferentes, la etapa de pulido electrolítico incluye la aplicación de un régimen de corriente aplicada que comprende:

[0069] (A) un pulso inicial que comprende una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión que comprende una forma de onda definida que tiene una frecuencia de 20 a 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V y una tensión máxima de entre 50 y 500 V, aplicada por un período de al menos 1 s; seguida por

[0070] (B) al menos dos regímenes de pulido electrolítico que comprenden una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión que comprende una forma de onda definida que tiene una frecuencia comprendida entre 2 Hz y 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V y una tensión máxima de entre 0,5 y 500 V, en donde la frecuencia y/o la tensión máxima de cada régimen de pulido electrolítico se cambian en comparación con el régimen de pulido electrolítico precedente.

[0072] En algunas realizaciones, el pulso inicial tiene una densidad de corriente superior a 5 A/cm<2>, preferentemente superior a 7 A/cm<2>, más preferentemente superior a 10 A/cm<2>.

[0074] Aunque no se desea limitarse a ninguna teoría, el inventor considera que el pulso inicial elimina cualquier material parcialmente unido sobre el artículo metálico, y la secuencia subsiguiente de régimen (o regímenes) de pulido electrolítico realizan el pulido electrolítico del artículo metálico dando como resultado una superficie pulida por pulido electrolítico que es preferentemente uniforme, suave y brillante. En algunos casos, el pulso inicial de corriente/tensión alta funde o, de lo contrario, divide el punto de unión entre dicho material parcialmente unido y el material base. El pulido electrolítico requiere preferentemente que la superficie esté limpia y, en general, libre de contaminantes. Por tanto, el pulso inicial elimina ventajosamente los residuos de la superficie del artículo metálico. Para artículos impresos en 3D, estos restos pueden estar presentes como artefactos del proceso de impresión 3D. Esto reduce ventajosamente posibles asperezas (picos) en la superficie de trabajo que se disuelven mucho más rápido que el material en "microvalles" durante el pulido electrolítico.

[0076] El pulso inicial está destinado a proporcionar una tensión y corriente máximas grandes, capaces de eliminar cualquier residuo adherido al, o cualquier otro material parcialmente unido sobre el artículo metálico. El pulso está pensado para ser aplicado durante un breve período de tiempo (es decir, segundos). En este sentido, el pulso inicial se aplica por un período de tiempo/duración breve, de entre 1 a 20 s, preferentemente 2 a 15 s, más preferentemente 2 a 10 s y, aún más preferentemente, 2 a 5 s. Además, la tensión máxima del pulso inicial es preferentemente superior a la tensión máxima de cada uno de los regímenes de pulido electrolítico sucesivos. Asimismo, la densidad de corriente del pulso inicial es preferentemente superior que la densidad de corriente de cada uno de los regímenes de pulido electrolítico sucesivos. En realizaciones, el pulso inicial tiene una densidad de corriente de al menos 1,0 A/cm<2>, más preferentemente de al menos 5 A/cm<2>. En algunas realizaciones, el pulso inicial tiene una densidad de corriente de 2 A/cm<2>a 200 A/cm<2>, preferentemente de 20 a 50 A/cm<2>. En algunas realizaciones, el pulso inicial tiene una densidad de corriente superior a 22 A/cm<2>, preferentemente superior a 25 A/cm<2>. Además, es preferido que la frecuencia aplicada de la tensión alterna del pulso inicial sea diferente a la frecuencia aplicada de cada uno de los regímenes de pulido electrolítico sucesivos. En algunas realizaciones, la frecuencia aplicada de la tensión alterna del pulso inicial es inferior a la frecuencia aplicada de cada uno de los regímenes de pulido electrolítico sucesivos. En algunas realizaciones, la frecuencia aplicada de la tensión alterna del pulso inicial es superior a la frecuencia aplicada de cada uno de los regímenes de pulido electrolítico sucesivos.

[0077] La frecuencia del pulso inicial puede variar de 20 Hz a 300 kHz (o más, en algunos casos). En algunas realizaciones, la frecuencia puede variar de 200 Hz a 300 kHz, preferentemente de 2 kHz a 300 kHz. En realizaciones, la frecuencia es de 20 kHz a 150 kHz. En algunas realizaciones, la frecuencia es de 20 kHz a 100 kHz. En otras realizaciones, la frecuencia es de 30 a 100 kHz, preferentemente de 30 a 90 kHz, más preferentemente de 40 a 80 kHz.

[0079] La tensión máxima usada en cada pulso inicial está entre 50 y 500 V. En la mayoría de las realizaciones, la tensión máxima está entre 50 V y 200 V, preferentemente entre 50 V y 150 V y, más preferentemente, entre 50 V y 100 V.

[0080] Las realizaciones de la presente invención pueden proporcionar, por tanto, un método para realizar el pulido electrolítico de un artículo metálico fabricado, comprendiendo el método:

[0081] poner en contacto el artículo metálico con un electrolito de pulido electrolítico; y realizar pulido electrolítico del artículo metálico en el electrolito de pulido electrolítico, en donde la etapa de pulido electrolítico incluye la aplicación de un régimen de corriente aplicada que comprende:

[0082] (A) un pulso inicial que comprende una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión que comprende una forma de onda definida que tiene una frecuencia de 20 a 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V y una tensión máxima de entre 50 y 500 V, aplicada por un período de al menos 1 s; seguida por

[0083] (B) al menos dos regímenes de pulido electrolítico que comprenden una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión que comprende una forma de onda definida que tiene una frecuencia comprendida entre 2 Hz y 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V y una tensión máxima de entre 0,5 y 500 V, aplicada por un período de al menos 1 s, en donde la frecuencia y/o la tensión máxima de cada régimen de pulido electrolítico se cambian en comparación con el régimen de pulido electrolítico precedente.

[0085] En realizaciones particulares, la etapa de pulido electrolítico incluye la aplicación de un régimen de corriente aplicada caracterizado por un pulso inicial que comprende una tensión con una forma de onda definida que tiene una frecuencia de 30 a 50 kHz, que tiene una tensión máxima de entre 60 y 700 V, preferentemente 65 V, aplicada por un período de 3 a 7 s, preferentemente 5 s, seguida por al menos dos regímenes de pulido electrolítico que comprenden una tensión con una forma de onda definida que tiene una frecuencia de 50 a 70 kHz, preferentemente 63 kHz, una tensión máxima de entre 10 a 60 V aplicada por un periodo de 5 a 30 s, en donde el régimen de pulido electrolítico sucesivo tiene una tensión máxima inferior a la del régimen de pulido electrolítico precedente.

[0087] El método de pulido electrolítico de la presente invención es aplicable en particular al pulido electrolítico de artículos metálicos que comprenden un metal o aleación metálica que tiene un recubrimiento de óxido protector. Ejemplos de estos metales o aleaciones metálicas incluyen una aleación metálica que contiene cromo, titanio, una aleación de titanio, aleaciones de níquel tal como nitinol, aluminio o una aleación de aluminio. En algunas realizaciones, los artículos metálicos están formados de una aleación metálica que contiene cromo. Estos materiales tienen una capa exterior protectora de óxido de cromo. Se debe apreciar que una aleación metálica que contiene cromo es una aleación metálica que incluye cromo como elemento de aleación principal o mayoritario en la composición de la aleación. Dentro de este grupo, caen diferentes aleaciones metálicas que incluyen cromo. Ejemplos ilustrativos incluyen aleaciones metálicas seleccionadas de entre aleación de hierro-cromo, cromo-níquel, aleaciones de cromo-níquel, aleaciones de cobalto-cromo o aleaciones de cobalto-cromo-molibdeno. En algunas realizaciones, la aleación que contiene cromo comprende una aleación de hierro-cromo, por ejemplo, un acero inoxidable. En algunas realizaciones, la aleación que contiene cromo comprende una aleación de cromo-níquel, por ejemplo, Inconel. En realizaciones particulares, la aleación metálica que contiene cromo comprende una aleación de cobalto-cromo. En algunas realizaciones, Las aleaciones de Co-Cr incluyen además elementos de aleación de molibdeno y níquel. La aleación de Co-Cr puede incluir otros elementos de aleación menores (menos del 1 % en peso), tal como Mn, Ni, Fe, C, Ti, S, P, N y W. Sin embargo, se debe apreciar que la presente invención se puede usar con otros artículos metálicos formados a partir de aluminio o aleaciones a base de aluminio, titanio y aleaciones a base de titanio.

[0089] El electrolito de pulido electrolítico puede ser cualquier líquido conductor adecuado. En formas preferidas, el electrolito de pulido electrolítico incluye H<3>PO<4>. El electrolito de pulido electrolítico comprende preferentemente una solución que incluye ácido fosfórico en solución a base de agua o un alcohol C<1>-C<4>. El electrolito de pulido electrolítico puede comprender una solución de ácido fosfórico (H<3>PO<4>) como único ácido componente o junto con otros productos químicos, por ejemplo, otros ácidos. Por ejemplo, realizaciones del electrolito de pulido electrolítico pueden incluir ácido fosfórico junto con uno o más de ácido sulfúrico (H<2>SO<4>), ácido clorhídrico (HCl), y junto con uno o más de agua o un alcohol C<1>-C<4>. En una forma, la solución electrolítica comprende una solución acuosa de ácido fosfórico al 85 %. Sin embargo, la composición depende del contenido iónico y de otras variables, incluida la tensión, la corriente y la temperatura del electrolito de pulido electrolítico.

[0091] En realizaciones a modo de ejemplo, el electrolito de pulido electrolítico es un baño de electrolito de calidad alimentaria (seguro). Se puede usar cualquier líquido conductor adecuado. En realizaciones, el electrolito de pulido electrolítico comprende ácido fosfórico junto con agua o un alcohol C<1>-C<4>. En realizaciones, el electrolito de pulido electrolítico comprende una solución acuosa de ácido fosfórico.

[0092] Las concentraciones de solución de ácido en el electrolito, en particular ácido fosfórico, pueden variar del 1 % al 90 % (es decir, de 1 g a 90 g de compuesto en 100 mL de agua), preferentemente del 10 % al 90 %. La concentración de la solución depende del tipo de artículo metálico que se va a tratar (por ejemplo, acero inoxidable, aleaciones de cobalto-cromo, aleaciones Ni-Cr o similares) y el tiempo de tratamiento electrolítico. En una realización, se usa una solución de ácido fosfórico al 85 %.

[0093] El pH del electrolito de pulido electrolítico puede estar comprendido entre 1 y 14 en dependencia de su composición. En algunas realizaciones, el pH del electrolito de pulido electrolítico durante el método de pulido electrolítico de la presente invención está preferentemente entre 1,0 a 7,0, más preferentemente entre 1,0 a 3,0. En una realización, el pH del electrolito de pulido electrolítico está alrededor de 1,5.

[0094] La temperatura del electrolito de pulido electrolítico se debe mantener entre -25 a 200 °C, preferentemente entre 0 a 150 °C, más preferentemente de 50 a 100 °C y, aún más preferentemente, de 60 a 90 °C. Nuevamente, la temperatura del electrolito de pulido electrolítico está en dependencia de la composición del electrolito de pulido electrolítico. Por ejemplo, a medida que se llega al 85 % de solución fosfórica, el electrolito de pulido electrolítico es viscoso. Por tanto, cuanto mayor es la temperatura del electrolito de pulido electrolítico, mejor funciona el electrolito. La conducción es mejor a menor concentración, pero el brillo resultante del artículo metálico resultante no es tan bueno. También se debe apreciar que la densidad de corriente es dependiente de la temperatura y varía basándose en la concentración y la composición del electrolito de pulido electrolítico y, por tanto, en la temperatura. Para mantener el intervalo de temperatura de tratamiento, normalmente se requieren métodos de enfriamiento. El artículo metálico se puede enfriar a través de varios métodos que incluyen, pero sin limitación, disipación de calor, enfriamiento por flujo de gas o de líquido. El electrolito de pulido electrolítico se mantiene preferentemente a una temperatura de entre 50 a 100 °C, más preferentemente de 60 a 90 °C, normalmente por flujo de electrolito hacia o a través de un intercambiador de calor. En algunas realizaciones, se puede usar un medio de enfriamiento por convección, tal como un ventilador, dirigido hacia el electrolito de pulido electrolítico. Sin embargo, en realizaciones preferidas, un intercambiador de calor se puede sumergir en el electrolito de pulido electrolítico. Por ejemplo, a una escala pequeña (escala de laboratorio o de desarrollo), esto puede consistir en un baño maría/agua helada en el que se sumerge un vaso de precipitados que contiene electrodos y electrolito de pulido electrolítico. En un proceso a gran escala (es decir, comercial/industrial), esto puede incluir la recirculación del electrolito de pulido electrolítico y su enfriamiento por medio de una unidad de enfriamiento/intercambio de calor adecuada. Además, se pueden usar uno o más filtros para recoger los restos de metal/óxido metálico del electrolito de pulido electrolítico.

[0095] Puede ser necesario un lavado químico posterior al pulido electrolítico para eliminar cualquier compuesto de material suelto que quede sobre la superficie de la aleación, para permitir que la capa pasiva natural se reforme alrededor de la aleación metálica.

[0096] El proceso puede incluir cualquier número de etapas de automatización del proceso. Por ejemplo, en algunas realizaciones se puede usar un brazo automatizado (robótico) para controlar la posición y el movimiento de la pieza de trabajo en el baño durante el método de pulido electrolítico. En algunas realizaciones, se puede usar uno o más brazos robóticos para sujetar el componente y/o el electrodo (por ejemplo, un cepillo o una almohadilla para el pulido electrolítico no sumergido) durante el método de pulido electrolítico.

[0097] El método de pulido electrolítico de la presente invención se puede aplicar a un artículo metálico que tiene cualquier rugosidad de superficie particular, por ejemplo, una Ra inferior a 2 µm o incluso una Ra inferior 1 µm se pueden someter igualmente a pulido electrolítico usando el método de pulido electrolítico de la presente invención como un artículo metálico con una superficie rugosa, por ejemplo, con una Ra superior a 2 µm o incluso a 5 µm. En realizaciones particulares, el método de pulido electrolítico de la presente invención se puede usar para reducir la rugosidad de superficie promedio de artículos metálicos rugosos que se caracterizan por una región que tiene de una rugosidad de superficie promedio (Ra) inicial superior a 2 µm, hasta por debajo de 2 µm Ra de rugosidad de superficie. El artículo metálico o la parte pertinente del mismo tiene una rugosidad inicial (Ra) superior a 2 µm, preferentemente superior a 5 µm (Ra es el promedio aritmético de la rugosidad) y, en algunos casos, superior a 10 µm Ra. En la mayoría de las realizaciones, sustancialmente todo el artículo metálico tiene una rugosidad de superficie (Ra) promedio inicial superior a 2 µm. Sin embargo, se debe apreciar que sólo una parte del artículo metálico tiene este valor de rugosidad que necesita tratamiento en algunas realizaciones. También se debe apreciar que el método de la presente invención es adecuado para su aplicación a uno o más artículos metálicos fabricados sumergidos en el electrolito al mismo tiempo. La rugosidad inicial (Ra) del artículo metálico fabricado también es generalmente inferior a 400 µm, más preferentemente inferior a 300 µm. lo más preferentemente inferior a 200 µm.

[0098] La rugosidad inicial del artículo metálico fabricado puede ser el resultado de haber sido fabricado por cualquiera de los siguientes métodos: moldeado en arena, fundición de precisión, fabricación aditiva, corte de metal (aserrado, conformación, perforación, fresado, torneado), laminación en caliente, forjado, corte con llama. Sin embargo, se debe apreciar que esta lista no es limitante, y que el método de la presente invención se puede aplicar a una variedad de métodos de fabricación. Una lista de técnicas de fabricación adecuadas y los niveles de rugosidad Ra que estas técnicas normalmente producen es como sigue:

[0099] - Fabricación aditiva, Ra = 10 a 50 µm.

[0100] - Fundición en arena, Ra = 100 a 900 µm.

[0101] - Fundición de precisión, Ra = 2 a 10 µm.

[0102] - Corte de metal (aserrado, conformación, perforación, fresado, torneado), Ra = 2 a 25 µm.

[0103] - Laminación en caliente; Ra = 12 a 25 µm.

[0104] - Forja, Ra = 3 a 12 µm.

[0105] - Corte con llama, Ra = 12 a 25 µm.

[0106] El pulido electrolítico tiene como objetivo un acabado de superficie resultante libre de textura heterogénea y/o que presente un valor de rugosidad de superficie considerablemente inferior en comparación con su valor de rugosidad de superficie inicial.

[0107] Los métodos de metrología adecuados para cuantificar la rugosidad de la superficie incluyen la perfilometría de superficie con aguja (a partir de la cual los parámetros Ra y Rz se derivan de un perfil (línea)) y la perfilometría de superficie óptica 3D (a partir de la cual los parámetros Sa y Sz se derivan de un área de superficie).

[0108] Los artículos metálicos fabricados adecuados para ser tratados en esta invención pueden comprender una aleación metálica que contiene cromo. Como se ha indicado previamente, estas aleaciones incluyen aleaciones de hierrocromo, tal como aceros inoxidables, cromo-níquel y sus aleaciones, aleaciones de cobalto-cromo; aleaciones de cobalto-cromo-molibdeno. En realizaciones preferentes, el artículo metálico fabricado comprende una aleación de cobalto-cromo.

[0109] El artículo metálico proporciona el ánodo del circuito de pulido electrolítico. También se requiere un cátodo para completar el circuito eléctrico. Los materiales metálicos adecuados para el cátodo incluyen acero inoxidable, plomo, cobre o cualquier otro metal o material conductor que presente una buena conductividad y resistencia a la corrosión. En algunas realizaciones, el cátodo comprende un material a base de carbono, por ejemplo, un material a base de fibra de carbono. En algunas realizaciones, el cátodo es el tanque/recipiente electrolítico en el que el al menos un artículo metálico anódico (es decir, las partes rugosas que se van a tratar) se sumerge en la solución de electrolito de pulido electrolítico (solución electrolítica). En otras realizaciones, el cátodo comprende un artículo de material conductor separado sumergido en el electrolito de pulido electrolítico. La superficie del cátodo es preferentemente de 2 a 20 veces superior a la superficie del ánodo (es decir, la superficie del artículo metálico), y más preferentemente de 5 a 10 veces superior.

[0110] Se debe apreciar que el tamaño del artículo metálico (tamaño de la parte) y del aparato tratado por el método de la presente invención es escalable como el régimen de corriente aplicada y se aplica usando un sistema de control que puede ejecutar múltiples baterías externas con inversor en paralelo para lograr la corriente de salida/densidad de corriente deseada. Por tanto, el método de la presente invención se puede aplicar igualmente para dar acabado a una parte del tamaño de una pelota de golf a partir de una rugosidad de superficie inicial de 10 Ra a una inferior a 2 Ra (en algunos casos inferior a 0,5 Ra, y en algunas realizaciones inferior a 0,05 Ra, e incluso inferior a 0,02 Ra) y también una parte del tamaño de un coche mediante el escalado del tamaño de la celda electrolítica, el reservorio o baño que contiene el electrolito de pulido electrolítico y el inversor para aplicar el régimen de corriente aplicada.

[0111] El método de pulido electrolítico de la presente invención se puede llevar a cabo en una celda de pulido electrolítico convencional donde el artículo metálico se sumerge en el electrolito de pulido electrolítico, o en técnicas no sumergidas, por ejemplo, técnicas de pulido electrolítico aplicadas con cepillo.

[0112] En algunas realizaciones, el electrolito de pulido electrolítico está contenido en una celda de pulido electrolítico. En dichas realizaciones, el artículo metálico se sumerge en el electrolito y el pulido electrolítico tiene lugar dentro de los confines del electrolito y del receptáculo/recipiente que contiene el electrolito de pulido electrolítico. En este tipo de pulido electrolítico convencional, el artículo metálico se conecta al terminal positivo de una fuente de alimentación, convirtiéndose de ese modo en un ánodo, en el baño de electrolito. Un cátodo, compuesto por un metal adecuado (normalmente en forma de placa) se sumerge en el baño de electrolito y se conecta al terminal negativo de la fuente de alimentación, convirtiéndose de ese modo en el cátodo para la conducción iónica. En el pulido electrolítico sumergido o acabado de superficie las densidades de corriente usadas en el método de la presente invención son superiores a 2 A/cm<2>, preferentemente superiores a 1 A/cm<2>, más preferentemente superiores a 5 A/cm<2>.

[0113] En otras realizaciones, el pulido electrolítico se aplica como un flujo de fluido sobre la superficie del artículo metálico. Dichas técnicas de pulido electrolítico se conocen como técnicas de pulido electrolítico no sumergido, y generalmente implican un flujo de electrolito de pulido electrolítico que se aplica a la superficie del artículo metálico y un electrodo conductor que se sumerge en el electrolito de pulido electrolítico y se mueve por la superficie para realizar pulido electrolítico de la superficie que rodea al electrodo conductor. Estas técnicas de pulido electrolítico pueden usar un cepillo conductor, una esponja, una almohadilla o cualquier dispositivo o material que aplique un fluido electrolítico, o un material similar a un fluido, al artículo metálico.

[0114] En este método no sumergido, el artículo metálico se conecta al terminal positivo de una fuente de alimentación, convirtiéndose de ese modo en un ánodo. Un cátodo que comprende un electrodo conductor adecuado se conecta al terminal negativo de la fuente de alimentación. El electrodo conductor está configurado para acoplarse a una porción seleccionada de la superficie del artículo metálico. El método de la presente invención, por tanto, también incluye la etapa de:

[0115] poner en contacto la superficie del artículo metálico con el electrodo conductor.

[0116] En algunas realizaciones, el electrodo conductor comprende un cepillo de fibra de carbono. Sin embargo, se puede usar cualquier conductor adecuado (por ejemplo, cobre o similar). Durante el uso, el electrolito se alimenta (normalmente bombeado desde un reservorio) a la porción seleccionada de la superficie del artículo metálico para sumergir parte del cátodo y de la superficie del artículo metálico y formar, por tanto, una celda de pulido electrolítico en la superficie del artículo metálico. Se puede suministrar refrigerante para enfriar el área de pulido electrolítico. Ejemplos de esta técnica de pulido electrolítico se enseñan en las publicaciones de patentes N.º WO2009/105802, AU2013242795A1 y AU2017204328A1.

[0117] En el pulido electrolítico no sumergido o acabado de superficie, las densidades de corriente usadas en el método de la presente invención son superiores a 5 A/cm<2>, preferentemente superiores a 10 A/cm<2>, más preferentemente superiores a 20 A/cm<2>, aún más preferentemente superiores a 22 A/cm<2>y, aún más preferentemente, superiores a 25 A/cm<2>. En algunas realizaciones, la densidad de corriente puede ser superior a 50 A/cm<2>, preferentemente superior a 100 A/cm<2>. En realizaciones, la densidad de corriente puede ser superior a 120 A/cm<2>, preferentemente superior a 150 A/cm<2>.

[0118] El método de la presente invención puede procesar un artículo metálico para:

[0119] 1. Mejorar la dureza de la superficie.

[0120] 2. Controlar y predeterminar la eliminación del volumen de partículas.

[0121] 3. Mejorar la resistencia a la corrosión.

[0122] 4. Reducir la rugosidad de la superficie.

[0123] 5. Desarrollar el brillo de la superficie.

[0124] 6. Eliminar materiales parcialmente unidos.

[0125] 7. Eliminar contaminantes.

[0126] 8. Proporcionar una unión fuerte de la capa pasiva.

[0127] 9. Pulir áreas selectivamente e ignorar otras áreas de un artículo metálico.

[0128] 10. Marcar o grabar un artículo metálico con etiquetas o similares.

[0129] Se debe apreciar que, en dependencia del régimen vigente, se debe apreciar que las realizaciones del método de pulido electrolítico de la presente invención pueden dejar algunos cráteres en la superficie tratada por pulido electrolítico del artículo metálico, lo que indica que es probable que dicha superficie no sea de calidad médica. Sin embargo, Estos productos tratados por pulido electrolítico se pueden seguir usando para muchas aplicaciones, por ejemplo, partes de motores a reacción. Otras realizaciones, pueden lograr resultados más suaves que 0,02 Ra, lo que hace que estos productos sean adecuados para aplicaciones médicas.

[0130] Breve descripción de los dibujos

[0131] La presente invención se describirá ahora con referencia a las figuras de los dibujos adjuntos, que ilustran realizaciones particulares preferidas de la presente invención, en donde:

[0132] En la figura 1 se proporciona el esquema de un aparato de pulido electrolítico usado para ejecutar un método de pulido electrolítico de acuerdo con una primera realización de la presente invención.

[0133] En la figura 2 se proporciona el esquema de un aparato de pulido electrolítico usado para ejecutar un método de pulido electrolítico de acuerdo con una segunda realización de la presente invención.

[0134] En la figura 3 se muestran imágenes de microscopio (ampliadas 10x) de la superficie de un cupón de aleación de cobalto-cromo (A) formado a partir de un proceso de impresión 3D; y (B) tras la aplicación de una ejecución de pulido electrolítico de acuerdo con una realización de la presente invención.

[0135] En la figura 4 se muestran imágenes de microscopio (aumentadas 15x) de la superficie de un cupón de aleación de acero inoxidable (A), como se formó a partir de un proceso de impresión 3D (antes del pulido electrolítico); y (B) tras la aplicación de una ejecución de pulido electrolítico de acuerdo con una realización de la presente invención. En la figura 5 se muestran imágenes de microscopio (aumentadas 10x) de la superficie de un cupón de aluminio cortado con láser (A) como se formó (antes del pulido electrolítico); y (B) tras la aplicación de una ejecución de pulido electrolítico de acuerdo con una realización de la presente invención.

[0136] En la figura 6 se muestran imágenes de microscopio (aumentadas 10x) de la superficie de un cupón de Inconel (A) como se formó a partir de un proceso de impresión 3D (antes del pulido electrolítico); (B) tras la aplicación de una ejecución de pulido electrolítico de acuerdo con una realización de la presente invención; y (C) una fotografía que compara los cupones de Inconel antes (abajo) y después (arriba) del pulido electrolítico.

[0137] En la figura 7 se ilustra un aparato de pulido electrolítico no sumergido que tiene un cepillo de electrodo de fibra de carbono que se usa para ejecutar un método de pulido electrolítico de acuerdo con una tercera realización de la presente invención.

[0138] En la figura 8 se muestran imágenes de microscopio (ampliadas 20x) de la superficie de un cupón de acero inoxidable (A) como se formó a partir de un proceso de impresión 3D (antes del pulido electrolítico); y (B) tras la aplicación de una ejecución de pulido electrolítico de acuerdo con una realización de la presente invención. La figura 9 muestra imágenes de microscopio (ampliadas 20x) de la superficie de un cupón de titanio (A) como se formó a partir de un proceso de impresión 3D (antes del pulido electrolítico); y (B) tras la aplicación de una ejecución de pulido electrolítico de acuerdo con una realización de la presente invención.

[0139] Descripción detallada

[0140] La presente invención proporciona un método de pulido electrolítico que proporciona un método de acabado rápido, de calidad, seguro y cuantitativo para usar con artículos metálicos fabricados, en particular aquellos formados a partir de metales y aleaciones metálicas que tienen un recubrimiento de óxido protector. Ejemplos de metales y aleaciones metálicas en los que se puede usar el método de pulido electrolítico incluyen aleaciones metálicas a base de cromo, tal como acero inoxidable, cromo-níquel, aleaciones de cromo-níquel, aleaciones de cobaltocromo; aleaciones de cobalto-cromo-molibdeno, y también titanio, aleaciones de titanio, aleaciones de níquel tal como nitinol, aluminio o aleaciones de aluminio.

[0141] El pulido electrolítico de metales y aleaciones metálicas que tienen un recubrimiento de óxido protector puede resultar difícil, ya que el recubrimiento de óxido puede inhibir los procesos normales de pulido electrolítico. Por ejemplo, las aleaciones metálicas a base de cromo tienen una capa de óxido de cromo protectora, el aluminio y las aleaciones a base de aluminio tienen una capa exterior de óxido de aluminio protectora, y el titanio y las aleaciones a base de titanio tienen una capa exterior de óxido de titanio protectora. El método de la presente invención ayuda a superar el efecto nocivo de dicha capa cuando se realiza el pulido electrolítico de estos materiales.

[0142] La presente invención también se refiere a la mejora del acabado de superficie de artículos metálicos fabricados mediante métodos de producción de ingeniería tal como la impresión 3D (fabricación aditiva), corte con llama, enganche, decapado áspero o similar. La presente invención es particularmente adecuada para la fabricación aditiva, ya que ésta produce un acabado rugoso y la presente invención puede hacer frente a la amplia gama de geometrías que se pueden producir mediante este método de fabricación.

[0143] Cuando se imprimen metales en 3D, la superficie es siempre rugosa, usualmente de 8-20 de rugosidad promedio (Ra). Para la mayoría de las aplicaciones industriales, incluidos motores a reacción, y aplicaciones médicas tal como implantes, el artículo impreso se debe pulir antes de poder usarse. El método convencional de pulido requiere mucho tiempo y es manual, lo que lo hace propenso a errores y muy costoso. Los tiempos de pulido actuales normalmente superan una hora usando trabajo manual.

[0144] El método de pulido electrolítico de la presente invención se puede usar para producir un acabado suave desde una rugosidad clásica de 8 a 20 µm Ra hasta una rugosidad de 2 µm Ra en menos de 10 minutos, en algunos casos en menos de 3 minutos. El método de pulido electrolítico de la presente invención es capaz de pulir rápidamente y reducir la rugosidad de superficie promedio de estos tipos y otros tipos de artículos metálicos para producir un acabado de superficie preferentemente libre de textura heterogénea y/o que presenta un valor de rugosidad de superficie promedio inferior.

[0145] En la figura 1 se ilustra un esquema de un aparato de pulido electrolítico 100 clásica adecuado para practicar el método de pulido electrolítico de la presente invención. El aparato de pulido electrolítico 100 ilustrado incluye una celda electrolítica 110 que tiene un reservorio de electrolito 120 que está configurado para contener un electrolito de pulido electrolítico 140. El aparato de pulido electrolítico 100 también incluye una fuente de alimentación con inversor 130 capaz de entregar una forma de onda de corriente deseada (CC, pulsos de CC o CA de frecuencia variable) en pulsos cortos. La fuente de alimentación con inversor 130 se controla por un ordenador controlador 135.

[0146] Un artículo metálico 180 está conectado eléctricamente al terminal positivo de la fuente de alimentación con inversor 130, mientras que el terminal negativo de la fuente de alimentación con inversor 130 está conectado a un cátodo 190 que también comprende el recipiente que contiene el electrolito 140. Se debe apreciar que en otras realizaciones el cátodo 190 puede ser un artículo conductor separado. Entre los materiales conductores adecuados se encuentran los materiales a base de carbono, tal como grafito, grafeno, fibra de carbono o similares, los materiales metálicos/de metal para el cátodo 190 incluyen acero inoxidable, plomo, cobre o cualquier otro material que presente una buena conductividad y resistencia a la corrosión. El artículo metálico 180 está suspendido en el reservorio 120 en el electrolito 140 formando un circuito eléctrico completo con el electrolito de pulido electrolítico 140.

[0147] Aunque no se muestra, el aparato de pulido electrolítico 110 también puede incluir un dispositivo mezclador, por ejemplo, un rotor mezclador para agitar/mezclar el electrolito de pulido electrolítico 140 y garantizar una distribución uniforme del electrolito 140 alrededor del artículo metálico 180 y el cátodo 190.

[0148] La fuente de alimentación con inversor controlada por ordenador 130 se usa para aplicar corriente y una diferencia de tensión entre el artículo metálico 180 y el cátodo 190. El ordenador 135 ejecuta un programa que escalona el inversor 130 (fuente de alimentación) a través de un régimen de corriente aplicada que comprende un intervalo de tensiones/corrientes y frecuencias que han sido predeterminadas como óptimas para el artículo metálico 180 en particular y el material comprendido que se va a pulir.

[0149] En la figura 2 se ilustra un esquema alternativo de un aparato de pulido electrolítico 200 adecuado para practicar el método de pulido electrolítico de la presente invención. El aparato de pulido electrolítico 200 ilustrado también incluye una celda electrolítica 210 que tiene un reservorio de electrolito 220 que comprende un recipiente de vidrio (u otro material adecuado) que está configurado para contener un electrolito de pulido electrolítico 240 y una fuente de alimentación con inversor 230 capaz de entregar una forma de onda de corriente deseada (CC, pulsos de CC o CA de frecuencia variable) en pulsos cortos. La fuente de alimentación con inversor 230 está controlada por un ordenador controlador 235.

[0150] Un artículo metálico 280 está conectado eléctricamente al terminal positivo de la fuente de alimentación con inversor 230, mientras que el terminal negativo de la fuente de alimentación con inversor 230 está conectado a un cátodo 290 que, en este caso, comprende un artículo metálico seleccionado también sumergido en el electrolito 240. Nuevamente, los materiales metálicos adecuados para el cátodo 290 incluyen acero inoxidable, plomo, cobre o cualquier otro metal o material conductor que presente una buena conductividad y resistencia a la corrosión. El artículo metálico 280 está suspendido en el reservorio 220 en el electrolito 240 formando un circuito eléctrico completo con el electrolito de pulido electrolítico 240. Esta forma del aparato de pulido electrolítico 200 incluye un rotor mezclador 295 opcional para agitar/mezclar el electrolito de pulido electrolítico 240 y garantizar una distribución uniforme del electrolito 240 alrededor del artículo metálico 280 y el cátodo 290.

[0151] El pulido electrolítico se lleva a cabo con el electrolito de pulido electrolítico 140, 240 del aparato de pulido electrolítico 100 o 200 a una temperatura en el intervalo de -25 °C a 200 °C y, preferentemente, de 0 a 150 °C. En realizaciones, el electrolito de pulido electrolítico 140, 240 se mantiene a una temperatura de aproximadamente 50 °C a 100 °C, preferentemente de 60 °C a 90 °C. Los aparatos de pulido electrolítico 100, 200 también pueden incluir una unidad combinada de sonda de temperatura/calentamiento y enfriamiento (no ilustrada), que puede estar unida a un ordenador controlador 135, 235 o a un controlador independiente (no ilustrado) para monitorizar y controlar la temperatura del electrolito de pulido electrolítico 140, 240.

[0152] En cada realización, el inversor de potencia controlado por ordenador 130, 230 se usa para aplicar corriente y una diferencia de tensión entre el artículo metálico 180, 280 y el cátodo 190, 290. El ordenador 135, 235 ejecuta un programa que escalona la fuente de alimentación con inversor 130, 230 (fuente de alimentación) a través de un régimen de corriente aplicada que comprende un intervalo de tensiones/corrientes y frecuencias que han sido predeterminadas como óptimas para el artículo metálico particular 180, 280 y el material comprendido (metal o aleación metálica) que se va a pulir.

[0153] El régimen de corriente aplicada comprende, a grandes rasgos, las siguientes etapas:

[0154] (A) un pulso inicial opcional que comprende una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión que tiene una forma de onda definida con una frecuencia de 20 a 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V (preferentemente cercana a 0 V) y una tensión máxima de entre 50 y 500 V, aplicadas por un período de al menos 1 segundo, seguido por:

[0155] (B) al menos un régimen de pulido electrolítico que comprende una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión que tiene una forma de onda definida con una frecuencia de 2 Hz a 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V (preferentemente cercana a 0 V) y una tensión máxima de entre 0,5 y 500 V. Cada régimen de pulido electrolítico se aplica normalmente por un período de al menos 1 s, preferentemente al menos 2 s. Cuando se usan dos o más regímenes de pulido electrolítico, la frecuencia y/o la tensión máxima de cada régimen de pulido electrolítico se cambia en comparación con el régimen de pulido electrolítico precedente.

[0156] Aunque no se desea limitarse a ninguna teoría, el inventor considera que, al inicio de un régimen, la tasa de eliminación de material es alta. En menos de un minuto, se forma rápidamente una capa de difusión en la superficie del material tratado. La capa de difusión parece actuar de forma similar a un aislante o una carga resistiva. Esta capa de difusión reduce considerablemente la velocidad de eliminación de material y, si no se elimina, la velocidad del proceso se degrada considerablemente. Un cambio de al menos una de la frecuencia, la densidad de corriente (corriente) o la tensión, rompe la capa de difusión y restablece la velocidad de eliminación de material alta. Una alta tasa de cambio de la densidad de corriente (corriente), el cambio de tensión o el cambio de frecuencia, mantienen una alta tasa de ruptura de la capa de difusión y, por tanto, permiten que el proceso mantenga una tasa muy alta de eliminación de material.

[0157] El cambio de corriente (densidad de corriente) usualmente, pero no necesariamente, será una reducción de la corriente por las razones expuestas anteriormente. El cambio de frecuencia puede ser un aumento o una disminución. El cambio de frecuencia de la forma de onda es crítico para romper la capa de difusión, ya que sólo necesita cambiar de frecuencia entre los regímenes. Esta puede aumentar o disminuir.

[0158] Por tanto, Una alta tasa de cambios de corriente (densidad de corriente) y cambios de frecuencia, ya sea aumentando o disminuyendo en frecuencia, permite un proceso de acabado de superficie mucho más rápido. El aumento en la velocidad de acabado de superficie total es del orden de diez veces más rápido cuando hay una alta tasa de cambios de corriente o de frecuencia de la forma de onda.

[0159] El pulso inicial opcional se puede usar para proporcionar una tensión máxima y una densidad de corriente grandes, capaces de eliminar cualquier material adherido pobremente y/o parcialmente unido sobre el artículo metálico 180. El pulso está pensado para ser aplicado por un breve período de tiempo. En consecuencia, la tensión y la densidad de corriente máximas del pulso inicial son preferentemente superiores a la tensión y la densidad de corriente máximas de cada uno de los regímenes de pulido electrolítico.

[0160] Cabe señalar que es posible usar un régimen de pulido electrolítico simple, sin embargo, múltiples regímenes de pulido electrolítico lograrán un mejor acabado de superficie. Los regímenes de pulido electrolítico se diseñan preferentemente para someter a pulido electrolítico de manera progresiva al artículo metálico 180, 280 con intensidad decreciente. Aunque se puede usar un régimen de pulido electrolítico simple, es normal tener al menos dos regímenes de pulido electrolítico, con cada régimen de pulido electrolítico sucesivo teniendo preferentemente una tensión máxima y una densidad de corriente generalmente inferiores a las de los regímenes de pulido electrolítico precedentes. En este sentido, la tensión máxima y la densidad de corriente son generalmente inferiores en relación con ser globalmente inferiores en un patrón de tendencia descendente. Se debe apreciar que los regímenes de pulido electrolítico individuales pueden variar de ese patrón y tener un componente superior. Cuando se usan varios regímenes de pulido electrolítico, los regímenes de pulido electrolítico iniciales tienen preferentemente una tensión/corriente máxima alta para eliminar rápidamente grandes cantidades de material. Esto reduce rápidamente la rugosidad de la superficie en materiales muy rugosos a una rugosidad moderadamente suave. La tensión/corriente máxima se puede reducir en los regímenes siguientes para obtener resultados cada vez más precisos. En consecuencia, el proceso óptimo de acabado de superficie es una serie de regímenes con un nivel inicial alto, pero que luego disminuyen la tensión/corriente para obtener acabados cada vez más suaves y finos.

[0161] Cada régimen de pulido electrolítico sucesivo se aplica preferentemente con una frecuencia diferente a la del régimen de pulido electrolítico precedente. Sin embargo, se debe apreciar que, en algunos casos, uno o más regímenes de pulido electrolítico sucesivos se pueden aplicar con la misma frecuencia que el régimen de pulido electrolítico precedente.

[0162] Cada régimen de pulido electrolítico puede ser seguido, opcionalmente, por un régimen de enfriamiento en el que la densidad de corriente se disminuye en comparación con la densidad de corriente del régimen de pulido electrolítico precedente. La densidad de corriente disminuida puede ser 0,5 o menos, 0,4 o menos, 0,3 o menos, 0,2 o menos o incluso 0,1 o menos de la densidad de corriente del régimen de pulido electrolítico anterior. En algunas realizaciones, la densidad de corriente se disminuye a una densidad de corriente/corriente aplicada igual a cero (o cercana a cero). El régimen de enfriamiento puede seguir a un solo régimen de pulido electrolítico, a una serie de regímenes de pulido electrolítico o, en algunos casos, a cada régimen de pulido electrolítico. El régimen de enfriamiento se puede aplicar durante cualquier periodo de tiempo adecuado, por ejemplo, de 0,5 a 5 s. El régimen de enfriamiento tiene una densidad de corriente reducida y, por tanto, se aplica una corriente menor que en el régimen de pulido electrolítico anterior para permitir que el artículo metálico y el cátodo se enfríen.

[0163] La forma de onda definida de la tensión puede ser una de onda cuadrada, sinusoidal, pulsada, o una combinación de las mismas. En algunas realizaciones, la corriente con forma de onda definida comprende una forma de onda con modulación de ancho de pulso (PWM), preferentemente un pulso de onda cuadrada, preferentemente teniendo un tiempo muerto variable. Se debe apreciar que mientras que en los ejemplos anteriores se usa una forma de onda cuadrada, también se pueden usar otras formas de onda.

[0164] La duración total de todos los regímenes de pulido electrolítico es preferentemente inferior a 10 minutos, más preferentemente inferior a 5 minutos y, si es posible, inferior a 2 minutos. Sin embargo, el tiempo total depende generalmente del tipo de material y de otras condiciones. Para lograr esto, cada régimen de pulido electrolítico se puede aplicar por un período de 10 a 60 s, preferentemente de 10 a 30 s, más preferentemente de 10 a 20 s, aún más preferentemente de 10 a 15 s.

[0165] El régimen de corriente aplicada exacto se adapta a la composición y configuración de cada metal o aleación. Como se ha indicado anteriormente, el inventor considera que cuando se usa, la corriente de pulso/densidad de corriente inicial alta elimina el material parcialmente unido. Esto es ventajoso para el pulido electrolítico, ya que las asperezas (picos) de la superficie de trabajo se disuelven mucho más rápido que el material de los "microvalles". Esta disolución selectiva es el resultado de los diferentes valores del potencial eléctrico de los picos y los valles. La carga positiva del artículo metálico conectado de forma anódica se concentra en los picos, donde la densidad de corriente es superior al promedio, lo que provoca una disolución selectiva de los picos y suaviza la superficie. En consecuencia, la eliminación de cualquier material parcialmente unido ayuda en la producción de una superficie suave.

[0166] La secuencia de cambios de frecuencia, corriente (densidad de corriente) y tensión (etapas) del régimen o regímenes de pulido electrolítico se seleccionan para realizar pulido electrolítico de la parte y dejar una superficie uniforme, pulida, suave y brillante. Se debe apreciar que dicho método de pulido electrolítico de la presente invención puede dejar algunos cráteres debido a la naturaleza de la superficie inicial. Sin embargo, los regímenes de pulido electrolítico se seleccionan para mejorar la velocidad de procesamiento, para llevar una superficie áspera (~10 Ra) hasta por debajo de 2 Ra de rugosidad de superficie en 60 s o menos. Las tasas de eliminación esperadas (corrientes) fluctúan con los datos de retroalimentación, pero se espera que las tasas de eliminación sean de hasta 1,0 µm/min a 50 µm/min, preferentemente de 2 a 30 µm/min.

[0167] Para un electrolito de pulido electrolítico dado, la cantidad de metal eliminado del artículo metálico es proporcional a la cantidad de corriente aplicada y al tiempo. Otros factores, tal como la geometría del artículo metálico, afectan la distribución de la corriente y, en consecuencia, tienen una influencia importante en la cantidad de metal eliminado en las áreas locales.

[0168] El electrolito de pulido electrolítico 140, 240 comprende preferentemente una solución a base de ácido fosfórico (H<3>PO<4>), normalmente de una concentración del 85 % diluida con agua de un alcohol C1 a C4. Sin embargo, el electrolito de pulido electrolítico 140, 240 puede incluir otros componentes. Por ejemplo, En algunas realizaciones, el electrolito de pulido electrolítico 140, 240 incluye ácido fosfórico (H3PO4) junto con ácido sulfúrico (H2SO4), ácido clorhídrico (HCl) o combinaciones de los mismos, y agua o un alcohol C1-C4. También son posibles otras composiciones de electrolito de pulido electrolítico.

[0169] Se pueden colocar múltiples artículos metálicos 180, 280 (parte) en la misma celda electrolítica 110, 210, permitiendo que el método de la presente invención sea escalable y rentable. El tamaño de la parte (tamaño del artículo metálico 180) también es escalable, ya que el sistema de control puede ejecutar varias baterías externas con inversor en paralelo para lograr la corriente de salida deseada. El método y el sistema de la presente invención se pueden configurar igualmente para realizar pulido electrolítico de una parte del tamaño de una pelota de golf a partir de una rugosidad de superficie inicial de 10 Ra hasta menos de 2 Ra y también una parte del tamaño de un automóvil escalando el reservorio de electrolito 120, 220 (baño) y la fuente de alimentación con inversor 130, 230. El método de pulido electrolítico anterior se enseña como siendo realizado en una celda de pulido electrolítico convencional donde el artículo metálico está sumergido en el electrolito de pulido electrolítico, o en técnicas no sumergidas, por ejemplo, técnicas de pulido electrolítico aplicadas con cepillo.

[0170] En otras realizaciones (no ilustradas), el pulido electrolítico se aplica como un flujo de fluido sobre la superficie del artículo metálico. Dichas técnicas de pulido electrolítico se conocen como técnicas de pulido electrolítico no sumergidas, y generalmente implican un flujo de electrolito de pulido electrolítico que se aplica a la superficie del artículo metálico, y un electrodo conductor que se sumerge en el electrolito de pulido electrolítico y se mueve por la superficie para realizar el pulido electrolítico de la superficie que rodea al electrodo conductor.

[0171] En este método no sumergido, el artículo metálico se conecta al terminal positivo de una fuente de alimentación, convirtiéndose de ese modo en un ánodo. Un cátodo compuesto por un electrodo conductor adecuado se conecta al terminal negativo de la fuente de alimentación. El electrodo conductor está configurado para acoplarse a una porción seleccionada de la superficie del artículo metálico. En algunas realizaciones, el electrodo conductor comprende un cepillo de fibra de carbono. Sin embargo, se puede usar cualquier conductor adecuado (por ejemplo, un metal como el cobre o similar). Durante el uso, se bombea electrolito desde un reservorio a la porción seleccionada de la superficie del artículo metálico para sumergir parte del cátodo y la superficie del artículo metálico y formar, por tanto, una celda de pulido electrolítico en la superficie del artículo metálico. Se puede suministrar refrigerante para enfriar el área de pulido electrolítico. Nuevamente, ejemplos de esta técnica de pulido electrolítico se enseñan en las publicaciones de patentes N.º WO2009/105802, AU2013242795A1 y AU2017204328A1. El método de pulido electrolítico de la presente invención se ha desarrollado para realizar pulido electrolítico de artículos metálicos, especialmente de aquellos metales y aleaciones metálicas que tienen una capa de óxido protectora. Ejemplos de metales y aleaciones metálicas en los que se puede usar el método de pulido electrolítico incluyen aleaciones metálicas a base de cromo, tal como acero inoxidable, cromo-níquel, aleaciones de cromoníquel, aleaciones de cobalto-cromo; aleaciones de cobalto-cromo-molibdeno, y también titanio, aleaciones de titanio, aleaciones de níquel tal como nitinol, aluminio o aleaciones de aluminio.

[0172] Un ejemplo de aleación metálica que contiene cromo y que se puede someter a pulido electrolítico usando el método de la presente invención son las aleaciones de cobalto-cromo. Como los aceros inoxidables, la presencia de un contenido suficiente de cromo en la superficie exterior pasiva la superficie. Las aleaciones de Co-Cr presentan excelentes propiedades mecánicas, tal como resistencia y tenacidad, colabilidad, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste. En particular, Las aleaciones de Co-Cr tienen una excelente resistencia al desgaste, por lo que se usan para partes deslizantes de articulaciones artificiales.

[0173] Las aleaciones Co-Cr son nominalmente iguales en contenido de cromo y cobalto, por lo que rinden aleaciones en el centro del diagrama de fases del Co-Cr. El Co-Cr y las aleaciones de Co-Cr normalmente tienen estructuras cristalinas hexagonales compactas (HCP) en las que tanto el cromo como el cobalto ocupan posiciones como defectos de sustitución en el otro cristal. En algunas realizaciones, Las aleaciones de Co-Cr incluyen además elementos de aleación de molibdeno y níquel. La aleación Co-Cr-Mo también es una buena opción para implantes permanentes, debido a su gran resistencia a la corrosión. Estos elementos de aleación adicionales crean otros defectos de sustitución que refuerzan la aleación y reducen la capacidad de mecanizado de las formas de aleación fundida. La aleación de Co-Cr puede incluir otros elementos de aleación menores (menos del 1 % en peso), tal como Mn, Ni, Fe, C, Ti, S, P, N y W. En la tabla 1 se proporcionan ejemplos no limitativos de compuestos de Co-Cr biológicamente compatibles que se podrían someter a pulido electrolítico usando el método de la presente invención:

[0174] T l 1 - E m l m i i n - r

[0177]

[0179] En otras realizaciones, el método de pulido electrolítico de la presente invención se puede usar para realizar pulido electrolítico de artículos metálicos formados a partir de una aleación de cromo-níquel, por ejemplo, Inconel. Inconel es una familia de superaleaciones austeníticas a base de cromo-níquel. Las aleaciones Inconel son materiales resistentes a la oxidación y a la corrosión muy adecuados para el servicio en entornos extremos sometidos a presión y calor. Cuando se calienta, el Inconel forma una capa de óxido gruesa, estable y pasivante que protege la superficie de ataque adicional.

[0180] Las aleaciones de Inconel varían ampliamente en sus composiciones, pero todas son predominantemente níquel, con el cromo como segundo elemento.

[0181] T l 2 - E m l m i i n In n l

[0183]

[0185] Los artículos impresos en 3D pulidos usando el método de pulido electrolítico de la presente invención desempeñan un papel importante en la industria. El acero inoxidable y el aluminio se usan en la fabricación de propósito general.

[0186] El Inconel se usa en motores a reacción. El cromo-cobalto se usa en odontología y el titanio en aplicaciones biomédicas.

[0187] Además de las ventajas anteriores, se debe apreciar que el pulido electrolítico de acuerdo con la presente invención produce una serie de cambios favorables en un artículo metálico, incluyendo, pero sin limitación, uno o más de: - Abrillantado

[0188] - Eliminación de rebabas

[0189] - Eliminación de óxido y deslustre

[0190] - Reducción del perfil de superficie

[0191] - Eliminación de oclusiones superficiales

[0192] - Resistencia a la corrosión incrementada

[0193] - Adherencia mejorada en el enchapado posterior

[0194] - Eliminación de líneas direccionales (de trazado)

[0195] - Redondeado de bordes afilados, curvas afiladas y esquinas

[0196] - Fricción superficial reducida

[0197] - Superficie liberada de tensiones.

[0198] Ejemplos

[0199] Ejemplo 1 - Aleación de cobalto-cromo

[0200] Se colocó un cupón de aleación de cobalto-cromo impreso en 3D de superficie rugosa (8-13 µm Ra) (cromo-cobalto "MP1" con un área superficial de 3,2 cm<2>con una Ra promedio de 9,973 µm) en un cuenco de acero inoxidable formando el reservorio de electrolito y proporcionando el cátodo. El cuenco contenía un baño de electrolito comprendiendo una solución acuosa de H<3>PO<4>al 85 %. El aparato de pulido electrolítico en su conjunto sigue el esquema general que se muestra en la figura 1. El cupón de cromo-cobalto se colocó en el centro del baño a la misma distancia de los lados y del fondo del cuenco. El terminal positivo de un inversor de potencia controlado por ordenador y construido específicamente para variar la tensión de pico, la corriente de pico, la frecuencia de tensión, la frecuencia de corriente, la forma de onda de tensión, la forma de onda de corriente, se conectó entonces al cupón de cromo-cobalto sumergido en el baño de electrolito y al cátodo del cuenco de acero inoxidable. Se colocó un ventilador de enfriamiento en el baño de electrolito con el objetivo de efectuar el enfriamiento del electrolito para mantener una temperatura de entre 60 a 90 °C en el mismo.

[0201] Se aplicó entonces al baño un régimen de potencia (como se especifica a continuación en la tabla 3) usando un inversor de potencia controlado por ordenador. El ordenador ejecuta un programa que escalona el inversor (fuente de alimentación) a través de un intervalo de tensiones/corrientes (densidades de corriente) y frecuencias que han sido predeterminadas como óptimas para la parte y el material que se va a pulir. La forma de onda de la tensión es una onda cuadrada con una tensión mínima cercana a cero y una tensión máxima como se indica en la tabla.

[0202] Tabla 3: Ré imen de corriente de ulsos

[0205]

[0207] Como se muestra en la tabla 3, la corriente se inicia a límites máximos, manejables para eliminar el material parcialmente unido de la superficie del cupón. La frecuencia, la tensión y la corriente se escalonan entonces mediante el programa informático y esto se hace para romper la capa de difusión alrededor del cupón. La corriente se escalona de forma descendente mediante el programa informático hacia el final del proceso para lograr el mejor acabado final. La rugosidad de superficie promedio objetivo fue de 2 micras o menos, por lo que se desarrollaron programas durante un periodo de tiempo donde se pudiera cumplir este objetivo.

[0208] Para cada tiempo de programa, se registran la frecuencia, la tensión y la corriente.

[0209] Para cada material se midió la rugosidad de superficie promedio (Ra) en micras y se calculó antes y después de la inmersión. La Ra promedio se toma mediante 10 escaneados lineales individuales de la superficie que se va a tratar. A continuación, el promedio del preproceso se compara con el promedio de la rugosidad de superficie (Ra) del postproceso, que se mide en micras.

[0210] La velocidad mejorada aún mantiene resultados que llevan a una superficie áspera (~10 µm Ra) hasta por debajo de 2 µm Ra de rugosidad de superficie en 60 s. Las tasas de eliminación esperadas (corrientes) fluctúan con los datos de retroalimentación.

[0211] Los resultados de una ejecución de pulido electrolítico se muestran en la figura 3, en la que se muestran las imágenes microscópicas del antes (figura 3A) y el después (figura 3B). El cambio relativo en el acabado de superficie se determinó usando diez escaneos lineales tomados usando un rugosímetro de superficie Starrett sr100 en ubicaciones aleatorias de la parte delantera y trasera de las muestras y derivando un promedio a partir de dichos datos. Los resultados de estas mediciones se proporcionan en la table 4:

[0212] Tabla 4: Mediciones de ru osidad antes des ués del ulido electrolítico

[0215]

[0217] Estos proporcionaron los resultados siguientes:

[0218] - Preacabado: Ra = 9,97 µm.

[0219] - Posacabado: Ra = 1,50 µm - basado en 10 escaneos lineales. Mejor resultado 0,656 µm Peor resultado 2,793 µm (cráter).

[0220] Estos muestran que la rugosidad de superficie promedio disminuye desde una superficie inicial áspera (~10 µm Ra) hasta por debajo de 2 µm Ra de rugosidad de superficie en 60 s. Como se puede observar, las regiones afiladas ilustradas en la figura 3A se erosionan dejando una superficie sustancialmente plana, libre de defectos, en la muestra mostrada en la figura 3B. Además, en la figura 3B se muestra que el proceso de pulido electrolítico dejó algunos cráteres en la superficie del material. Por tanto, el acabado de superficie producido no es de calidad médica, pero se puede usar para muchas otras aplicaciones, por ejemplo, partes de motores a reacción, aplicaciones aeroespaciales o similares.

[0221] Ejemplo 2 - Acero inoxidable

[0222] Se colocó un cupón de acero inoxidable (acero inoxidable "SS17" con una superficie de 3,2 cm<2>con una Ra promedio de 15,62 µm) de superficie rugosa (12-18 µm Ra) en un cuenco de vidrio formando el reservorio de electrolito. El cuenco contenía un baño de electrolito comprendiendo un 85 % de solución acuosa de H<3>PO<4>. El aparato de pulido electrolítico en su conjunto sigue el esquema general que se muestra en la figura 2, usando un cátodo a base de acero inoxidable. El cupón de acero inoxidable se colocó en el centro del baño, alejado del cátodo. El terminal positivo de un inversor de potencia controlado por ordenador y construido específicamente para variar la tensión de pico, la corriente de pico, la frecuencia de tensión, la frecuencia de corriente, la forma de onda de tensión, la forma de onda de corriente, se conectó entonces al cupón de acero inoxidable sumergido en el baño de electrolito. Se colocó un ventilador de enfriamiento en el baño de electrolito con el objetivo de efectuar el enfriamiento del electrolito para mantener una temperatura de entre 60 a 90 °C en el mismo.

[0223] Se aplicó entonces al baño un régimen de potencia (como se especifica a continuación en la tabla 5) usando un inversor de potencia controlado por ordenador. El ordenador ejecuta un programa que escalona el inversor (fuente de alimentación) a través de un intervalo de tensiones/corrientes (densidades de corriente) y frecuencias que han sido predeterminadas como óptimas para la parte y el material que se va a pulir. La frecuencia estuvo en el intervalo de 100 a 100.000 Hertz (Hz); la tensión de 0 a 100 voltios (v) y la intensidad de 0 a 50 amperios. El programa se ejecutó durante 296 s en total e incluyó 53 regímenes diferentes. La forma de onda de tensión es una onda cuadrada que tiene una tensión mínima cercana a cero y una tensión máxima como se indica en la tabla 5.

[0224] Tabla 5: Ré imen de corriente de ulsos

[0227]

[0230] Los cambios en la frecuencia, la tensión y la corriente son claves para la velocidad y la calidad del acabado. La velocidad mejorada aún mantiene resultados que llevan a una superficie áspera (~10 µm Ra) hasta por debajo de 2 µm Ra de rugosidad de superficie en menos de 300 s.

[0232] Los resultados de una ejecución de pulido electrolítico se muestran en la figura 4, en la que se muestran las imágenes microscópicas del antes (figura 4A) y el después (figura 4B). El cambio relativo en el acabado de superficie se determinó mediante diez escaneos lineales tomados usando un rugosímetro de superficie Time RTD300 en ubicaciones aleatorias de la parte delantera y trasera de las muestras y derivando un promedio a partir de dichos datos. Los resultados de estas mediciones se proporcionan en la tabla 6:

[0233] Tabla 6: Mediciones de ru osidad antes des ués del ulido electrolítico

[0236]

[0238] Estos proporcionaron los resultados siguientes:

[0239] - Preacabado: Ra = 15,62 µm.

[0240] - Posacabado: Ra = 1,96 µm - basado en 10 escaneos lineales. Mejor resultado 1,67 µm Peor resultado 2,17 µm. Estos muestran que la rugosidad de superficie promedio disminuye desde una superficie inicial áspera (~10 µm Ra) hasta por debajo de 2 µm Ra de rugosidad de superficie en menos de 300 s. El pulido electrolítico SS17 creó un acabado muy suave y delicado en la muestra. Las partes rugosas altas se retiraron y los agujeros no se retiraron. Ejemplo 3 - Aluminio cortado con láser

[0241] Se colocó un cupón de aluminio cortado con láser (aluminio de grado 5005 "Al 5" con un área superficial de 3,2 cm<2>con una Ra promedio de 6,40 µm) de superficie rugosa (5 a 8 µm Ra) en un cuenco de vidrio formando el reservorio de electrolito. El cuenco contenía un baño de electrolito comprendiendo un 85 % de solución acuosa de H<3>PO<4>. El aparato de pulido electrolítico en su conjunto sigue el esquema general que se muestra en la figura 2, usando un cátodo de acero inoxidable. El cupón de aluminio se colocó en el centro del baño, alejado del cátodo. El terminal positivo de un inversor de potencia controlado por ordenador y construido específicamente para variar la tensión de pico, la corriente de pico, la frecuencia de tensión, la frecuencia de corriente, la forma de onda de tensión, la forma de onda de corriente, se conectó entonces al cupón de aluminio sumergido en el baño de electrolito. El electrolito inició a 40 °C. Se colocó un ventilador de enfriamiento en el baño de electrolito con el objetivo de efectuar el enfriamiento del electrolito para mantener una temperatura de entre 60 a 90 °C en el mismo.

[0242] Se aplicó entonces al baño un régimen de potencia (como se especifica a continuación en la tabla 7) usando un inversor de potencia controlado por ordenador. El ordenador ejecuta un programa que escalona el inversor (fuente de alimentación) a través de un intervalo de tensiones/corrientes (densidades de corriente) y frecuencias que han sido predeterminadas como óptimas para la parte y el material que se va a pulir. Hubo 12 regímenes en un tiempo total de 130 s (s). La frecuencia estuvo en el intervalo de 22.000 a 100.000 Hz; la tensión de 26 a 49 V y la intensidad de 6 a 24 A. La forma de onda de tensión es una onda cuadrada que tiene una tensión mínima cercana a cero y una tensión máxima como se indica en la tabla.

[0243] Tabla 7: Ré imen de corriente

[0246]

[0248] Nuevamente, los cambios en la frecuencia, la tensión y la corriente son claves para la velocidad y la calidad del acabado.

[0249] Los resultados de una ejecución de pulido electrolítico se muestran en la figura 5, en la que se muestran las imágenes microscópicas del antes (figura 5A) y el después (figura 5B). El cambio relativo en el acabado de superficie se determinó mediante diez escaneos lineales tomados usando un rugosímetro de superficie Time RTD-300 en ubicaciones aleatorias de la parte delantera y trasera de las muestras y derivando un promedio a partir de dichos datos. Los resultados de estas mediciones se proporcionan en la tabla 8:

[0250] Tabla 8: Mediciones de ru osidad antes des ués del ulido electrolítico

[0253]

[0255] Estos proporcionaron los resultados siguientes:

[0256] - Preacabado: Ra = 6,40 µm.

[0257] - Posacabado: Ra = 1,70 µm - basado en 10 escaneos lineales.

[0258] Nuevamente, el pulido electrolítico creó un acabado muy suave y delicado para la muestra.

[0259] Ejemplo 4 - Inconel

[0260] Un cupón de Inconel impreso en 3D (Inconel "Inconel 2" con un área superficial de 3,2 cm<2>con una Ra promedio de 5,65 µm) de superficie rugosa (4 a 7 µm Ra) se colocó en un cuenco de vidrio formando el reservorio de electrolito. El cuenco contenía un baño de electrolito comprendiendo un 85 % de solución acuosa de H<3>PO<4>. El aparato de pulido electrolítico en su conjunto sigue el esquema general que se muestra en la figura 2, usando un cátodo de acero inoxidable. El cupón de Inconel se colocó en el centro del baño, alejado del cátodo. El terminal positivo de un inversor de potencia controlado por ordenador y construido específicamente para variar la tensión de pico, la corriente de pico, la frecuencia de tensión, la frecuencia de corriente, la forma de onda de tensión, la forma de onda de corriente, se conectó entonces al cupón de Inconel sumergido en el baño de electrolito. Se colocó un ventilador de enfriamiento en el baño de electrolito con el objetivo de efectuar el enfriamiento del electrolito para mantener una temperatura de entre 60 a 90 °C en el mismo.

[0261] Se aplicó entonces al baño un régimen de potencia (como se especifica a continuación en la tabla 9) usando un inversor de potencia controlado por ordenador. El ordenador ejecuta un programa que escalona el inversor (fuente de alimentación) a través de un intervalo de tensiones/corrientes (densidades de corriente) y frecuencias que han sido predeterminadas como óptimas para la parte y el material que se va a pulir. Hubo 16 programas en un tiempo total de 235 s. La frecuencia estuvo en el intervalo de 22 a 100 kHz; la tensión de 8 a 31 V y la intensidad de 6 a 35 A. La forma de onda de tensión es una onda cuadrada que tiene una tensión mínima cercana a cero y una tensión máxima como se indica en la tabla.

[0262] Tabla 9: Ré imen de corriente de ulsos

[0265]

[0266] nin i n

[0269]

[0271] Nuevamente, los cambios en la frecuencia, la tensión y la corriente son claves para la velocidad y la calidad del acabado.

[0272] Los resultados de una ejecución de pulido electrolítico se muestran en la figura 6, en la que se muestran las imágenes microscópicas del antes (figura 6A) y el después (figura 6B). El cambio relativo en el acabado de superficie se determinó mediante diez escaneos lineales tomados usando un rugosímetro de superficie Time RTD-300 en ubicaciones aleatorias de la parte delantera y trasera de las muestras y derivando un promedio a partir de dichos datos. Los resultados de estas mediciones se proporcionan en la tabla 10:

[0273] Tabla 10: Mediciones de ru osidad antes des ués del ulido electrolítico

[0276]

[0278] Estos proporcionaron los resultados siguientes:

[0279] - Preacabado: Ra = 5,65 µm.

[0280] - Posacabado: Ra = 1,87 µm - basado en 10 escaneos lineales.

[0281] Nuevamente, el pulido electrolítico creó un acabado muy suave y delicado para la muestra.

[0282] Ejemplo 5 - Cupón de Inconel - Pulido electrolítico no sumergido

[0283] Un cupón de Inconel impreso en 3D (Inconel "Cupón de Inconel 3" con una superficie de 3,2 cm<2>con una Ra promedio de 5,65 µm) de superficie rugosa (4 a 7 µm Ra) se sujetó en una pinza conectada eléctricamente. Se observa que el área real pulida en el ejemplo fue de 1 cm<2>ya que sólo un lado grande y ningún borde fueron pulidos por el cepillo (en ejemplos no sumergidos el área pulida es sólo el área que se pone en contacto con el cepillo). El cupón de Inconel 3 se sometió entonces a pulido electrolítico usando un aparato de pulido electrolítico no sumergido modificado, modelo EASYkleen Easy Feeder (300 en la figura 7) comercializado por EASYKIeen Pty Ltd, 43 Shelley Road, Moruya, NSW, 2537, Australia, usando un cátodo de cepillo de fibra de carbono para el pulido electrolítico. El cupón de Inconel se conectó a la fuente de alimentación a través de la pinza para formar el ánodo del circuito de pulido electrolítico.

[0284] Un electrolito de solución acuosa al 85 % de H<3>PO<4>se suministró a través del cepillo y se aplicó al cupón de Inconel para el pulido electrolítico. Como en los ejemplos previos, la fuente de alimentación se modificó (no ilustrada) para ser conectada a un inversor de potencia controlado por ordenador y construido específicamente para variar la tensión de pico, la corriente de pico, la frecuencia de tensión, la frecuencia de corriente, la forma de onda de tensión, la forma de onda de corriente, se conectó entonces al cupón de Inconel.

[0285] Se aplicó entonces al cátodo de cepillo de fibra de carbono un régimen de potencia (como se especifica a continuación en la tabla 11) usando un inversor de potencia controlado por ordenador. El ordenador ejecuta un programa que escalona el inversor (fuente de alimentación) a través de un intervalo de tensiones/corrientes (densidades de corriente) y frecuencias que han sido predeterminadas como óptimas para la parte y el material que se va a pulir. Hubo 16 programas en un tiempo total de 235 s. La frecuencia estuvo en el intervalo de 22 a 100 kHz; la tensión de 8 a 31 V y la intensidad de 6 a 35 A. La forma de onda de tensión es una onda cuadrada que tiene una tensión mínima cercana a cero y una tensión máxima como se indica en la tabla.

[0286] Tabla 11: Ré imen de corriente de ulsos

[0289]

[0291] Nuevamente, los cambios en la frecuencia, la tensión y la corriente son claves para la velocidad y la calidad del acabado.

[0292] En la tabla 12 se proporcionan los resultados de una ejecución de pulido electrolítico:

[0293] Tabla 12: Mediciones de ru osidad antes des ués del ulido electrolítico

[0296]

[0298] Estos proporcionaron los resultados siguientes:

[0299] - Preacabado: Ra = 5,65 µm.

[0300] - Posacabado: Ra = 1,87 µm - basado en 10 escaneos lineales.

[0301] Nuevamente, el pulido electrolítico creó un acabado muy suave y delicado para la muestra. Además, los resultados son similares al método de inmersión, como se detalla en el ejemplo 4.

[0302] Ejemplo 6 - Acero inoxidable - Pulido electrolítico no sumergido

[0303] Un cupón de acero inoxidable impreso en 3D ("SS 5" con una superficie de 3,2 cm<2>con una Ra promedio de 13,95 µm) de superficie rugosa (13,95 µm Ra) se sujetó en una pinza conectada eléctricamente. Se observa que el área real pulida en el ejemplo fue de 1 cm<2>ya que sólo un lado grande y ningún borde fueron pulidos por el cepillo (en ejemplos no sumergidos el área pulida es sólo el área que se pone en contacto con el cepillo). El cupón de acero inoxidable se sometió entonces a pulido electrolítico usando un aparato de pulido electrolítico no sumergido modificado, modelo EASYkleen Easy Feeder (300 en la figura 7) comercializado por EASYKleen Pty Ltd, 43 Shelley Road, Moruya, NSW, 2537, Australia, usando un cátodo de cepillo de fibra de carbono para el pulido electrolítico. El cupón de acero inoxidable se conectó a la fuente de alimentación a través de la pinza para formar el ánodo del circuito de pulido electrolítico.

[0304] Un electrolito de solución acuosa al 85 % de H<3>PO<4>se suministró a través del cepillo y se aplicó al cupón de acero inoxidable para el pulido electrolítico. Como en los ejemplos previos, la fuente de alimentación se modificó (no ilustrada) para ser conectada a un inversor de potencia controlado por ordenador y construido específicamente para variar la tensión de pico, la corriente de pico, la frecuencia de tensión, la frecuencia de corriente, la forma de onda de tensión, la forma de onda de corriente, se conectó entonces al cupón de acero inoxidable.

[0305] Se aplicó entonces al cátodo de cepillo de fibra de carbono un régimen de potencia (como se especifica a continuación en la tabla 12) usando un inversor de potencia controlado por ordenador. El ordenador ejecuta un programa que escalona el inversor (fuente de alimentación) a través de un intervalo de tensiones/corrientes (densidades de corriente) y frecuencias que han sido predeterminadas como óptimas para la parte y el material que se va a pulir. Hubo 29 programas en un tiempo total de 74 s (60 s de tiempo de pulido electrolítico). La frecuencia estuvo en el intervalo de 20 a 200 kHz; la tensión de 4 a 20 V y la intensidad de 30 a 80 A. La forma de onda de tensión es una onda cuadrada que tiene una tensión mínima cercana a cero y una tensión máxima como se indica en la tabla.

[0306] Tabla 12: Ré imen de corriente de ulsos

[0309]

[0311] Los cambios en la frecuencia, la tensión y la corriente son claves para la velocidad y la calidad del acabado. En esta ejecución particular del cátodo de cepillo de fibra de carbono, entre cada régimen de pulido electrolítico se usan etapas de enfriamiento donde se aplica corriente cero para permitir que la parte metálica se enfríe. El tiempo de enfriamiento tiene como objetivo enfriar la pieza de trabajo metálica, aunque también hay un beneficio menor al enfriar el electrodo de cepillo. Este tiempo de inactividad contribuye a la eficacia de esta forma del aparato de pulido electrolítico. Como se muestra en los resultados, el régimen de potencia de la tabla 12 se aplicó en CUATRO ejecuciones sucesivas para lograr la rugosidad de superficie final.

[0312] El cambio relativo en el acabado de superficie se determinó usando diez escaneos lineales tomados usando un rugosímetro de superficie Time RTD-300 de ubicaciones aleatorias del lado pulido de las muestras y derivando un promedio a partir de dichos datos. Los resultados de estas mediciones se proporcionan en la tabla 13:

[0313] Tabla 13: Mediciones de ru osidad antes des ués del ulido electrolítico

[0316]

[0318] Estos muestran que la rugosidad de superficie promedio disminuye desde una superficie inicial áspera (13,95 µm Ra) hasta una superficie por debajo de 2 µm Ra. El pulido electrolítico del cupón SS5 creó un acabado muy suave y delicado para la muestra.

[0319] Ejemplo 7 - Titanio - Pulido electrolítico no sumergido

[0320] Un cupón de titanio impreso en 3D ("Ti AMS" con una superficie de 3,2 cm<2>con una Ra promedio de 10,28 µm) de superficie rugosa (~10,28 µm Ra) se sujetó en una pinza conectada eléctricamente. Se observa que el área real pulida en el ejemplo fue de 1 cm<2>ya que sólo un lado grande y ningún borde fueron pulidos por el cepillo (en ejemplos no sumergidos el área pulida es sólo el área que se pone en contacto con el cepillo). El cupón de titanio se sometió entonces a pulido electrolítico usando un aparato de pulido electrolítico no sumergido modificado, modelo EASYkleen Easy Feeder (300 en la figura 7) comercializado por EASYKIeen Pty Ltd, 43 Shelley Road, Moruya, NSW, 2537, Australia, usando un cátodo de cepillo de fibra de carbono para el pulido electrolítico. El cupón de titanio se conectó a la fuente de alimentación a través de la pinza para formar el ánodo del circuito de pulido electrolítico.

[0321] Un electrolito de solución acuosa al 85 % de H<3>PO<4>se suministró a través del cepillo y se aplicó al cupón de titanio para el pulido electrolítico. Como en los ejemplos previos, la fuente de alimentación se modificó (no ilustrada) para ser conectada a un inversor de potencia controlado por ordenador y construido específicamente para variar la tensión de pico, la corriente de pico, la frecuencia de tensión, la frecuencia de corriente, la forma de onda de tensión, la forma de onda de corriente, se conectó entonces al cupón de titanio.

[0322] Se aplicó entonces al cátodo de cepillo de fibra de carbono un régimen de potencia (como se especifica a continuación en la tabla 14) usando un inversor de potencia controlado por ordenador. El ordenador ejecuta un programa que escalona el inversor (fuente de alimentación) a través de un intervalo de tensiones/corrientes (densidades de corriente) y frecuencias que han sido predeterminadas como óptimas para la parte y el material que se va a pulir. Hubo 23 programas (regímenes 2 al 24) en un tiempo total de 93 s (de los cuales 60 s corresponden a pulido electrolítico). La frecuencia estuvo en el intervalo de 20 a 200 kHz; la tensión de 8 a 11 V y la intensidad de 30 a 60 A. La forma de onda de tensión es una onda cuadrada con una tensión mínima cercana a cero y una tensión máxima como se indica en la tabla.

[0323] Tabla 14: Ré imen de corriente de ulsos

[0326]

[0327] nin i n

[0330]

[0332] Los cambios en la frecuencia, la tensión y la corriente son claves para la velocidad y la calidad del acabado. En esta ejecución particular del cátodo de cepillo de fibra de carbono, entre cada régimen de pulido electrolítico se usan etapas de enfriamiento en las que se aplica corriente cero para enfriar la pieza de trabajo metálica, aunque también hay un beneficio menor al enfriar el electrodo de cepillo. Este tiempo de inactividad contribuye a la eficacia de esta forma del aparato de pulido electrolítico. Como se muestra en los resultados, el régimen de potencia de la tabla 14 se aplica en CUATRO ejecuciones sucesivas para lograr la rugosidad de superficie final.

[0333] El cambio relativo en el acabado de superficie se determinó usando diez escaneos lineales tomados usando un rugosímetro de superficie Time RTD-300 de ubicaciones aleatorias del lado pulido de las muestras y derivando un promedio a partir de dichos datos. Los resultados de estas mediciones se proporcionan en la tabla 15:

[0334] Tabla 15: Mediciones de ru osidad antes des ués del ulido electrolítico

[0337]

[0339] Estos muestran que la rugosidad de superficie promedio disminuye desde una superficie inicial áspera (10,28 µm Ra) hasta una superficie de 4,15 µm Ra. El pulido electrolítico Ti AMS creó un acabado suave para la muestra.

[0340] Conclusiones

[0341] Los resultados de cada uno de los ejemplos anteriores muestran que el pulido electrolítico rápido de artículos impresos en 3D se potencia en general por corriente alta, frecuencia alta y escalonamiento del sistema de alimentación. Esto deja el artículo impreso en 3D con un acabado suave. Se requiere investigación adicional para afinar los parámetros.

[0342] En general, los resultados demuestran que, donde es aplicable, se puede usar una corriente ultra alta para eliminar material parcialmente unido, en algunos casos fundiendo o, de otro modo, dividiendo el punto de unión entre dicho material parcialmente unido y el material base. Se puede usar una tensión/corriente alta para eliminar rápidamente el material, pero una aplicación prolongada puede dejar marcas y vetas en la superficie. El programa ideal se ejecuta con una corriente ultra alta y una densidad de corriente alta. La densidad de corriente disminuye entonces para posibilitar el acabado delicado. La capa de difusión alrededor de la parte se altera escalonando (de manera ascendente o descendente) la frecuencia y la tensión. Una tensión funciona bien durante un corto periodo de tiempo en segundos (generalmente inferior a 15 s) y luego el proceso se ralentiza.

[0343] En esta memoria descriptiva (incluidas las reivindicaciones), donde se usan los términos "comprende", "comprenden", "comprendido" o "comprendiendo", se deben interpretar de modo que especifican la presencia de las características indicadas, números enteros, etapas o componentes, pero sin excluir la presencia de otras una o más características, número entero, etapa, componente o grupo de los mismos.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Método de pulido electrolítico de un artículo metálico fabricado, comprendiendo el método:

poner en contacto el artículo metálico con un electrolito de pulido electrolítico; y

realizar el pulido electrolítico del artículo metálico en el electrolito de pulido electrolítico mediante la aplicación de un régimen de corriente aplicada que comprende:

al menos un régimen de pulido electrolítico, comprendiendo cada régimen de pulido electrolítico una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y comprendiendo una tensión una forma de onda definida que tiene una frecuencia comprendida entre 2 Hz y 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V y una tensión máxima de entre 0,5 y 500 V.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada régimen de pulido electrolítico se lleva a cabo con una densidad de corriente de 2 A/cm<2>a 200 A/cm<2>.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, que comprende al menos dos regímenes de pulido electrolítico, en donde al menos una de: la frecuencia, la densidad de corriente o la tensión máxima de cada régimen de pulido electrolítico se cambia en comparación con el régimen de pulido electrolítico precedente.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde cada régimen de pulido electrolítico sucesivo tiene al menos una de una tensión máxima generalmente inferior o una densidad de corriente generalmente inferior a los regímenes de pulido electrolítico precedentes.

5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, en donde cada régimen de pulido electrolítico se aplica por un período de 1 a 30 s.

6. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en donde la etapa de pulido electrolítico incluye al menos un régimen de enfriamiento que comprende la disminución de la densidad de corriente, a continuación de al menos un régimen de pulido electrolítico, para ser igual a 0,5 A/cm2 o inferior, o inferior a la densidad de corriente del régimen de pulido electrolítico anterior.

7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en donde la etapa de pulido electrolítico incluye la aplicación de un régimen de corriente aplicada que comprende:

un pulso inicial que comprende una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión que comprende una forma de onda definida que tiene una frecuencia de entre 20 a 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V y una tensión máxima de entre 50 a 500 V, y que se aplica por un período de al menos 1 s; seguido por al menos dos regímenes de pulido electrolítico que comprenden una densidad de corriente de al menos 2 A/cm<2>y una tensión que comprende una corriente con forma de onda definida que tiene una frecuencia de 2 Hz a 300 kHz, una tensión mínima de al menos 0 V y una tensión máxima de entre 0,5 a 500 V, y en donde la frecuencia y/o la tensión máxima de cada régimen de pulido electrolítico se cambian en comparación con el régimen de pulido electrolítico precedente.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el pulso inicial tiene al menos una de las siguientes características:

una densidad de corriente de 2 A/cm<2>a 200 A/cm<2>;

la tensión del pulso inicial es superior a la tensión de cada uno de los regímenes de pulido electrolítico sucesivos;

la densidad de corriente del pulso inicial es superior a la densidad de corriente de cada uno de los regímenes de pulido electrolítico sucesivos;

la frecuencia aplicada de la tensión alterna del pulso inicial es diferente de la frecuencia aplicada de cada uno de los regímenes de pulido electrolítico sucesivos; o

el pulso inicial se aplica por un período de 2 a 10 s.

9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en donde cada régimen de pulido electrolítico sucesivo tiene una frecuencia diferente.

10. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde la forma de onda definida comprende al menos una de:

una de onda cuadrada, sinusoidal, pulsada, o una combinación de las mismas;

una forma de onda con modulación de ancho de pulso (PWM); o

una corriente con una frecuencia de 10 a 300 kHz.

11. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde la forma de onda comprende un cambio entre la tensión máxima y la tensión mínima de al menos uno de:

 superior al 80 % de la tensión máxima;

 - superior a 1 V; o

 - superior a 5 V.

12. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el artículo metálico comprende uno de: una aleación metálica que contiene cromo, titanio, una aleación de titanio, aleaciones de níquel, aluminio o una aleación de aluminio;

aleaciones de hierro-cromo, cromo-níquel, aleaciones de cromo-níquel, aleaciones de cobalto-cromo, o aleaciones de cobalto-cromo-molibdeno; o

un acero inoxidable o Inconel.

13. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el electrolito de pulido electrolítico incluye al menos uno de:

H<3>PO<4>; ácido fosfórico (H<3>PO<4>) junto con ácido sulfúrico (H<2>SO<4>), ácido clorhídrico (HCl) o combinaciones de los mismos, y uno de agua o un alcohol C<1>-C<4>; o

ácido fosfórico (H<3>PO<4>) junto con uno de agua o un alcohol C<1>-C<4>.

14. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde la rugosidad de superficie promedio final (Ra) del artículo metálico es inferior a 2 µm.

15. Un método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el electrolito de pulido electrolítico se aplica como un flujo de fluido sobre la superficie del artículo metálico.