A fémpor szemcsemérete befolyásolja a formák nyomtatási minőségét?

一, A részecskeméret befolyásolja a nyomtatási minőséget: több szempontból is szinergikus hatás
1. A por egyenletes eloszlása: A porréteg sűrűsége a részecskék méretétől függ.
A fém 3D nyomtatás első lépése a poreloszlás, és annak egyenletessége közvetlenül befolyásolja a forma kezdeti minőségét. A kicsi (15 μm-nél kisebb) porszemcsék hajlamosak összetapadni, mert nagy felületi energiával rendelkeznek. Ez üregeket vagy csomókat okozhat a porrétegben. Másrészt, ha a részecskék túl nagyok (több mint 53 μm), jól tudnak folyni, de korlátozzák a minimális rétegvastagságot, ami megnehezíti a finom elemek, például vékony falú szerkezetek létrehozását. Például 316 literes rozsdamentes acélpor 15-45 μm méretű részecskéinek SLM eljárásban történő alkalmazásakor a porréteg vastagsága 30 és 50 μm között tartható, a porréteg sűrűsége pedig elérheti a 99,2%-ot. De ahogy a részecskeméret meghaladja ezt a tartományt, a porozitás nagyon megnő.
Ugyanilyen fontos a szemcseméret-eloszlás ésszerűsége. A bimodális eloszlás használata (durva és finom részecskék keverése) javítja a por csomagolási sűrűségét. A finom részecskék kitöltik a durva részecskék közötti tereket, ami 10-15%-kal növeli a laza csomagolás sűrűségét. Ez csökkenti a penész belső hibáit. A Ti6Al4V por részecskeméretarányának (D50=35 μm, D90=50 μm) javításával egy adott légiközlekedési vállalat 98,5%-ról 99,7%-ra növelte a turbinalapát-formák sűrűségét és 20%-kal a kifáradási élettartamot.
2. A medence stabilitása: a részecskeméret és az energiaelnyelés közötti egyensúly, amely idővel változik
Az olvadt medence a fő rész, ahol a fémpor megolvad, és stabilitása attól függ, hogy a por mennyire nyeli el a lézer/elektronsugár energiáját. Az apró részecskék nagy fajlagos felülettel és gyors hőelnyelési sebességgel rendelkeznek. Azonban a túl apró porok (pl<10 μ m) can splash because to thermal stress concentration, which can cause porosity or incomplete fusing flaws. To thoroughly melt coarse particles, you need more energy, and not enough energy can make the layers stick together poorly. For instance, when printing with AlSi10Mg aluminum alloy, powders with a particle size of 20–50 μ m may make a stable melt pool at a laser power of 200W. However, when the particle size is>60 μm, a részleges fúziós hibák aránya 15%-ra emelkedik.
Az egyenetlen részecskeméret-eloszlás bizonyos területeken egyenlőtlenségeket is okozhat a hővezetésben, ami hozzájárulhat a maradékfeszültség-koncentrációhoz. Egy tanulmány megállapította, hogy a széles szemcseméret-eloszlású (10–100 μm) Inconel 718 por használata a formák nyomtatásához 30%-kal növeli a maradék feszültséget a korlátozott eloszláshoz (20–50 μm) képest. Ez sokkal nagyobb kockázatot jelent a deformáció deformációjához.
3. Felületi minőség és pontosság: a részecskeméret közvetlen szabályozása az érdesség alapján
Az öntőforma felületi érdessége jó módja annak, hogy megmondja, mennyire jól megy a nyomtatás, mert ez egyenesen arányos a porszemcsék méretével. Minél kisebbek a részecskék, annál simább a felület. Ha azonban a por túl finom, akkor nem folyik jól, és egyenetlen poroszlást okozhat, ami durvábbá teszi a felületet. Például, ha 316L-es pornyomó szerszámokat használ 25 μm D50-nel, akkor az Ra felületi érdesség 8 μm-en belül tartható. De ha 15 μm D50-es port használ, az Ra érték meghaladja a 15 μm-t, mert a részecskék összetapadnak.
Az összetett szerkezeti formák (például konform hűtőcsatornák) részecskéinek méretének kiválasztásakor kompromisszumot kell találnia a pontosság és a könnyű használhatóság között. Az egyik autóformákat gyártó cég 30–60 μm szemcseméretű martenziten öregített acélpor felhasználásával tudott pontos formákat készíteni legalább 0,5 mm-es rekesznyílással. Megbizonyosodtak arról is, hogy a vízi út belső falának Ra érdessége legfeljebb 10 μm legyen.
2, Közös folyamatok részecskeméret-adaptációja: eltérő igények SLM és EBM iránt
1. SLM eljárás: a kis részecskeméret és a nagy pontosság kombinációja
Az SLM technika lézert használ energiaforrásként, és a koncentrált folt átmérője általában 50 és 100 μm között van. Tehát olyan finom-szemcsés port (15–53 μm) kell választania, amely megfelel a folt méretének. A finom részecskék gyorsan elnyelhetik a lézerenergiát, és homogén olvadékmedencét hozhatnak létre, de az oxigén mennyiségét 150 ppm alatt kell tartani az oxidzárványok elkerülése érdekében. Például a titánötvözetből készült ortopédiai implantátumok öntőformáinak készítésekor a 20–45 μm részecskeméretű és 80 ppm oxigénszintű TC4 por megfelel a ± 0,02 mm-es nyílástűrés és Ra < 5 μm felületi érdesség magas -precíziós szabványainak.
2. Az EBM folyamat: találjon kompromisszumot a nagy részecskeméret és a nagy hatékonyság között.
Az EBM módszer energiaforrásként elektronsugarat használ. Energiasűrűség-eloszlási tulajdonságai jobbak a durva részecskék (53-150 μm) olvasztására. A durva részecskék csökkenthetik a porrétegek számát, gyorsabbá tehetik a nyomtatást és csökkenthetik a maradék feszültséget. Amikor egy bizonyos repülőgép-hajtóműveket gyártó cég EBM-et használ a nikkel{5}}alapú, magas hőmérsékletű, ötvözetből készült A vetemedés deformációja 0,1 mm-en belül marad 700 fokos előmelegítési hőmérsékleten, és a nyomtatási sebesség háromszor gyorsabb, mint az SLM.
3. LENS eljárás: a részecskék méretének és a por adagolás stabilitásának összehangolása
A LENS (Laser Near Clean Forming) technika koaxiális poradagolási megközelítést alkalmaz. Annak érdekében, hogy a poradagolás stabil legyen, 105-180 μm részecskeméretű durva port kell választani. A durva részecskék segíthetnek megóvni a portadagoló cső eltömődését, de a szkennelési sebességet (600–1000 mm/s) a megfelelő szintre kell állítani, hogy elkerüljük a hiányos fúziós hibákat. Egy speciális szerszámjavító cég a LENS technológiát alkalmazta a présöntőformák rögzítésére, és 120–150 μm méretű H13-as acélport használt. 1000 W lézerteljesítmény és 800 mm/s pásztázási sebesség mellett a javítóréteg és a hordozó közötti kohászati ​​kötési szilárdság legalább 400 MPa.
3, A részecskeméret optimalizálásának stratégiája: a folyamat teljes ellenőrzése az előkészítéstől az utókezelésig{1}}
1. Porkészítés: választás aeroszolizálás és PREP technológia között
A gázporlasztás (GA) manapság a porgyártás legelterjedtebb módja, mivel olcsó és jól működik. Azonban gyakran készít szatellitport (kis részecskék, amelyek a nagyobb részecskék felületére tapadnak) és üreges port, ami rontja a nyomtatás minőségét. A plazma rotációs elektródák porlasztási eljárása (PREP) kiváló minőségű, 98%-nál nagyobb gömbölyűségű és 0,5%-nál kisebb szatellitpor-tartalmú porokat készíthet, ha fémet nagy sebességű forgó elektródákkal megolvasztanak. A felszerelés azonban drága. Egy csúcsminőségű-formagyártó 100 000 ciklusról 500 000 ciklusra növelte a PREP eljárással készült 316 literes por kifáradási élettartamát.
2. Szűrés részecskeméret szerint: két-lépcsős szűrés és fokozatosság-optimalizálás
Két-lépcsős szűréssel (például 30 μm-es és 53 μm-es sziták) szűk részecskeméret-eloszlású port kaphatunk. Ez megakadályozza a por egyenetlen szétterülését, amely durva és kis részecskék összekeverésekor következik be. A különböző szemcseméretű porok kombinálásával a térfogatsűrűség növelésével javíthatja az osztályozást. Például, ha 20% 10–20 μm-es finom port összekever 80% 30–50 μm-es durva porral, a térfogatsűrűség 4,2 g/cm³-ről 4,8 g/cm³-re emelkedhet.
3. Kezelés után: forró izosztatikus préselés és felület polírozása
A forró izosztatikus préselés (HIP) kitöltheti a formák lyukait, és több mint 99,9%-ra növelheti a sűrűséget. Egy tanulmány szerint a HIP-pel kezelt Ti6Al4V formák kifáradási szilárdsága 40%-kal nagyobb, mint a nem kezelt formáké. A felület polírozása még simábbá teheti. Az elektrolitikus polírozási technológia például Ra10 μm-ről Ra0,2 μm-re csökkentheti az öntőforma felületi érdességét, ami elég jó a csúcskategóriás optikai formákhoz és egyéb felhasználásokhoz.