Като доставчик на SLM 3D отпечатани модели от неръждаема стомана, бях свидетел от първа ръка на предизвикателствата, които идват с управлението на вътрешните напрежения в тези части. Селективното лазерно топене (SLM) е мощна технология, която позволява създаването на сложни и високоякостни компоненти от неръждаема стомана. Въпреки това, бързите цикли на нагряване и охлаждане по време на процеса на печат често водят до развитие на вътрешни напрежения, които могат да причинят изкривяване, напукване и намалени механични свойства. В този блог ще споделя някои ефективни стратегии за намаляване на тези вътрешни напрежения в SLM 3D отпечатани модели от неръждаема стомана.
Разбиране на източника на вътрешни напрежения
Преди да можем да се заемем с проблема с вътрешните напрежения, е изключително важно да разберем откъде идват. По време на SLM процеса високоенергиен лазерен лъч разтопява тънък слой прах от неръждаема стомана. Докато лазерът се движи през слоя прах, разтопеният метал бързо се втвърдява. Разликата в температурата между разтопената и втвърдената област създава термични градиенти, които от своя страна генерират вътрешни напрежения.
Тези напрежения могат да бъдат класифицирани в два основни вида: остатъчни напрежения и термични напрежения. Остатъчните напрежения се заключват в материала след завършване на процеса на печат, докато термичните напрежения възникват по време на циклите на нагряване и охлаждане. И двата типа могат да имат значително влияние върху качеството и производителността на отпечатаната част.
Стратегии преди печат
Избор на материал
Изборът на прах от неръждаема стомана може да има дълбок ефект върху вътрешните нива на напрежение в отпечатаната част. Различните степени на неръждаема стомана имат различни топлинни свойства, като например коефициенти на топлинно разширение. Изборът на прах с по-нисък коефициент на топлинно разширение може да помогне за намаляване на термичните напрежения, генерирани по време на процеса на печат.
Например, аустенитни неръждаеми стомани като 316L често се използват в SLM поради тяхната добра устойчивост на корозия и относително ниско термично разширение. Това ги прави по-малко податливи на изкривяване и напукване в сравнение с други видове.
Оптимизация на дизайна
Дизайнът на частта играе решаваща роля при управлението на вътрешните напрежения. Сложните геометрии с остри ъгли и тънки стени са по-склонни да развият високи концентрации на напрежение. Чрез оптимизиране на дизайна можем да намалим тези концентрации на напрежение и да подобрим цялостното качество на отпечатаната част.
Един подход е да използвате заоблени ъгли вместо остри. Заоблените ъгли разпределят напрежението по-равномерно, намалявайки вероятността от напукване. Освен това добавянето на поддържащи структури може да помогне за закрепването на частта по време на процеса на печат и да предотврати изкривяването. Въпреки това е важно да проектирате тези поддържащи структури по начин, който минимизира въздействието им върху крайната част.
Предварително нагряване на строителната плоча
Предварителното нагряване на строителната плоча е ефективен начин за намаляване на топлинните градиенти между отпечатаната част и строителната плоча. Чрез предварително нагряване на строителната плоча до подходяща температура, можем да забавим скоростта на охлаждане на отпечатаната част, намалявайки термичните напрежения.
Повечето SLM машини позволяват строителната плоча да бъде предварително загрята до температура от около 100 - 200°C. Тази стъпка на предварително нагряване може значително да подобри адхезията на частта към строителната плоча и да намали риска от изкривяване.
В – Стратегии за печат
Оптимизация на параметрите на лазера
Параметрите на лазера, като мощност на лазера, скорост на сканиране и разстояние между люкове, имат пряко влияние върху нивата на вътрешно напрежение в отпечатаната част. Чрез оптимизиране на тези параметри можем да контролираме входящата топлина и скоростта на охлаждане, като по този начин намаляваме термичните напрежения.
Например, увеличаването на мощността на лазера може да увеличи дълбочината на топене и да подобри плътността на отпечатаната част. Твърде високата мощност на лазера обаче също може да доведе до прекомерно подаване на топлина и повишени топлинни напрежения. От друга страна, увеличаването на скоростта на сканиране може да намали входящата топлина, но също така може да доведе до непълно топене. Следователно намирането на правилния баланс на параметрите на лазера е от решаващо значение.
Стратегия за сканиране
Стратегията за сканиране, използвана по време на процеса на печат, също може да повлияе на вътрешното разпределение на напрежението. Различни стратегии за сканиране, като растерно сканиране, островно сканиране и контурно сканиране, могат да се използват за контролиране на разпределението на топлината и намаляване на топлинните градиенти.
Например сканирането на острови включва разделяне на строителната площ на по-малки острови и сканиране на всеки остров поотделно. Това може да помогне за намаляване на натрупването на топлина в отделна зона и минимизиране на термичните напрежения.
Стратегии за следпечат
Термична обработка
Топлинната обработка е един от най-ефективните начини за облекчаване на вътрешни напрежения в SLM 3D отпечатани модели от неръждаема стомана. Чрез нагряване на отпечатаната част до определена температура и задържане за определен период от време, можем да позволим на материала да се отпусне и да намали остатъчните напрежения.
Има различни видове топлинна обработка, като отгряване, облекчаване на напрежението и обработка с разтвор. Отгряването включва нагряване на детайла до висока температура и след това бавно охлаждане. Този процес може да подобри пластичността и да намали твърдостта на материала. Освобождаването на напрежението, от друга страна, е топлинна обработка с по-ниска температура, която се използва главно за намаляване на остатъчните напрежения, без да променя значително свойствата на материала.
Машинна обработка и довършителни работи
След топлинна обработка могат да се извършат машинна обработка и довършителни операции за допълнително подобряване на качеството на повърхността и точността на размерите на отпечатаната част. Машинната обработка също може да помогне за премахване на всякакви повърхностни дефекти и намаляване на концентрациите на напрежение.
Въпреки това е важно да се отбележи, че машинната обработка може също да въведе нови напрежения в частта. Следователно е необходимо да се използват подходящи параметри и техники за обработка, за да се сведе до минимум въздействието върху нивата на вътрешно напрежение.
Заключение
Намаляването на вътрешните напрежения в SLM 3D отпечатани модели от неръждаема стомана е сложна, но постижима задача. Чрез внедряване на комбинация от стратегии за предпечат, по време на печат и след печат, ние можем ефективно да управляваме вътрешните нива на напрежение и да подобрим качеството и производителността на отпечатаните части.
Ако се интересувате от нашитеSLA 3D печат за медицински части,3D принтиране на части от моделиилиЧасти за 3D печат от найлон SLS, или ако имате някакви въпроси относно намаляването на вътрешните напрежения в SLM 3D отпечатани модели от неръждаема стомана, моля не се колебайте да се свържете с нас за обсъждане на поръчката. Ние сме тук, за да ви предоставим висококачествени решения за 3D печат и поддръжка.
Референции
- Gu, D., Shen, Y., & Ding, Y. (2012). Селективно лазерно топене на биосъвместими метали за бързо производство на медицински части. Международни прегледи на материалите, 57 (3), 133 - 164.
- Kruth, JP, Leu, MC, & Nakagawa, T. (2007). Напредък в адитивното производство и бързото създаване на прототипи. CIRP Annals - Технология на производството, 56 (2), 525 - 546.
- Ядроицев, И., Бертран, П. и Смуров, И. (2010). Влияние на стратегията за лазерно сканиране върху остатъчното напрежение при селективно лазерно топене. Вестник за технологии за обработка на материали, 210 (12), 1695 - 1702.
