Kokie yra SLM 3D spausdinimo paslaugų iššūkiai ir priemonės jiems įveikti?

Porėtis SLM 3D spausdintuose komponentuose

Porėties priežastys SLM spausdinant

Porėtis SLM (Selektyvaus lazerio lydymo) 3D spausdintoje yra svarbi problema, kuri gali pakenkti spausdintų detalių vientisumui. Įvairūs veiksniai prisideda prie šios problemos. Nepakankamas miltelių tekėjimas dėl prastos medžiagos kokybės yra pagrindinė priežastis, nes tai gali sukelti miltelių netolygų pasisklaidymą ir supakavimą, palikant tuštumas baigtoje detalėje. Be to, netinkami lazerio nustatymai, tokie kaip netikslus spindulio dydis ar nepakankamas energijos pateikimas, neleidžia visiškai išlydyti metalo miltelių, todėl susidaro nevisiškas suvirinimas ir porėtis. Be to, aplinkos veiksniai, tokie kaip užteršimas deguonimi ir drėgme, gali dar labiau pabloginti porų susidarymą spausdinant.

Žaliavų kokybė žymiai daro įtaką SLM spausdintų detalių poringumui. Pavyzdžiui, tinkama dalelių dydžių pasiskirstymo ir formos yra svarbūs veiksniai; netolygumai čia gali sukelti silpnas vietas ir tuštumas. Nepakankamas energijos tiekimas lydymo procese taip pat daro įtaką, nes tai gali sukelti mažų skylučių susidarymą, kurios pablogina spausdintų detalių tankį ir stiprumą. Užtikrinti tinkamą lazerio kalibravimą ir dėmesį skirti aukštos kokybės medžiagos kokybei yra būtini strategijos, skirtos kovoti su šia problema.

Poveikis mechaninėms savybėms

Porėzė daro didelę įtaką SLM 3D spausdintų detalių mechaninėms savybėms, pablogindama jų našumą. Porų buvimas sumažina tempimo stiprumą ir mažina nuovargio atsparumą, todėl komponentai tampa pažeidžiamesni lūžimui esant apkrovai ar kartotinėms apkrovoms. Tyrimai parodė tiesioginę koreliaciją tarp padidėjusio porėzės lygio ir padidėjusio lūžimų dažnio, ypač dinaminėje aplinkoje veikiamose dalyse, pabrėžiant reikalingumą spausdinti tiksliai.

Kritiniai poringumo slenksčiai gali smarkiai pabloginti mechanines savybes. Kai poringumo lygis viršija tam tikras ribas – dažnai nustatomas pramonės ataskaitose – medžiagos stipris ir atsispirtis mažėja. Įvairių tyrimų skaitmeninė analizė rodo, kad komponentai, kurių poringumas viršija 2 %, turi reikšmingai sumažėjusias mechanines savybes, todėl būtina kruopščiai kontroliuoti spausdinimo parametrus ir medžiagos pasirinkimą, kad būtų užtikrinta patikimumas ir saugumas pramonės aplikacijose.

Strategijos poringumo mažinimui

SLM 3D spausdintų detalių poringumo mažinimas reikalauja strateginių veiksmų keliuose spausdinimo proceso lygiuose. Pirmiausia, būtina pasirinkti miltelius su vienodu dalelių dydžiu ir puikiomis tekėjimo savybėmis – tai yra pagrindas užtikrinti vienodą miltelio supakavimą ir išvengti tuštumų. Toks pasirinkimas sudaro pagrindą, ant kurio remiasi kiti procesai, sumažinant pradinį poringumo riziką.

Lazerio galios ir greičio kalibravimas yra dar viena svarbi strategija. Tinkamai koreguojant šiuos parametrus, mažėja energijos svyravimai, užtikrinamas pilnas miltelių lydymasis ir sumažėja neišlydytų plotų atsiradimo tikimybė. Be to, panaudojant in situ stebėjimo technologijas, galima gauti realaus laiko atsirgtį apie miltelių sujungimo kokybę, o tai leidžia nedelsiant atlikti pataisymus ir pašalinti bet kokius procesų nukrypimus. Šios technologijos veikia kaip apsauga, nuolat stebėdamos ir optimizuodamos spausdinimo aplinką bei išlaikydamos atspaustų detalių vientisumą ir stiprumą.

Miltelių kokybės vaidmuo tankyje

Miltelių, naudojamų selektyviame lazeriniame lydyme (SLM), kokybė žymiai daro įtaką galutinio 3D spausdinto komponento tankiui. Tyrimai rodo, kad miltelių morfologija vaidina svarbų vaidmenį siekiant optimalaus tankio, o sferinės dalelės prisideda prie geresnio dalelių išsidėstymo ir suvirinimo procese. Miltelių teršalai gali pakenkti dalelių tankinimui ir suvirinimo efektyvumui, todėl gaunami gaminiai tampa porėtesni ir jų mechaninės savybės prastesnės. Didelės talpos medžiagos, turinčios vienodą dalelių dydžių pasiskirstymą, yra žinomos dėl geresnių tankio rezultatų. Pavyzdžiui, titano ir nikelio pagrindu pagamintos superlydai dažnai naudojamos aviacijos pramonėje dėl jų didelio tankio ir mechaninės stiprybės savybių.

Lazerio parametrų optimizavimas

Lazerio parametrų optimizavimas yra būtinas siekiant pasiekti aukštos kokybės SLM dalių. Pagrindiniai parametrai apima lazerio galią, skenavimo greitį ir tarpų atstumą, kurie visi tiesiogiai veikia spausdintų komponentų tankį ir konstrukcinį vientisumą. Kruopščiai koreguojant šiuos parametrus, gamintojai gali pasiekti balansą tarp optimalaus tankio pasiekimo ir efektyvaus gamybos greičio išlaikymo. Pavyzdžiui, padidinus lazerio galios ir koreguojant skenavimo greitį galima pagerinti medžiagų suvirinimą ir sumažinti poringumą, taip gaminant tankesnius produktus. Pramonės atvejų analizė parodė, kad tiksliai sureguliavus lazerio nustatymus galima padidinti dalių tankį daugiau nei 99 %, reikšmingai pagerinant jų naudingumo reikalavimo sąlygose savybes.

Papildomi apdorojimo metodai tankesnėms detalėms

Papildomos apdorojimo technikos, tokios kaip terminis apdorojimas ir karštas izostatinis presavimas (KIP), yra veiksmingos padidinant SLM komponentų tankį. Šios metodai pašalina likutinius porus ir pagerina mikrostruktūrą, todėl gerėja gaminio mechaninės savybės. Tačiau šios technikos taip pat turi ekonominių pasekmių ir gali padidinti bendras gamybos išlaidas. Pagal pramonės standartus, KIP panaudojimas gali padidinti metalinių dalių tankį iki 3 %, o tai yra svarbu pasiekti griežtiems reikalavimams aviacijos ir automobilių pramonėje. Nors papildomos išlaidos yra, patobulintos medžiagos savybės dažnai pateisina investicijas į papildomą apdorojimą.

Likutinio įtempimo valdymas SLM procese

Temperatūros gradiento iššūkiai

SLM procese temperatūros gradientai kelia reikšmingus iššūkius, dažnai sukeliant liekamąsias įtampas spausdintose detalėse. Šie gradientai atsiranda dėl SLM būdingų greito aušinimo ir šildymo ciklų, kai lokalų šildymą sukelia lazeris, dėl ko medžiaga plečiasi, o vėliau susitraukia aušdama. Straipsnyje „5 Common Problems Faced with Metal 3D printing“ aprašoma, kaip šie terminiai ciklai prisideda prie medžiagos deformacijų ir liekamųjų įtampų, galinčių sukelti detalės lenkimą ar įtrūkimus. Siekiant sumažinti šiuos efektus, svarbu optimizuoti skenavimo schemas. Taikant strategijas, tokias kaip zigzag ar juostų skenavimas, galima lygiau paskirstyti šilumą per visą konstrukciją, sumažinant temperatūros gradientus ir liekamąsias įtampas.

Atramos konstrukcijos projektavimas

Palaikomųjų konstrukcijų projektavimas yra svarbus siekiant sumažinti įtempimų koncentraciją SLM procese. Veiksmingos atramos ne tik stabilizuoja išsikišusias geometrijas, bet ir tolygiai paskirsto įtempius per visą komponentą. Pvz., projektai, kuriuose naudojamos gardelinės struktūros ar strategiškai orientuotos atramos padeda palengvinti vietinius įtempius, užkertant kelią deformavimuisi ar atsijungimui per gamybos procesą. Pramonės gairės rekomenduoja pritaikyti atramų storį ir jungimosi taškus pagal konkrečios detalės geometriją ir apkrovos sąlygas. Sėkmingi gaminiai su patobulintomis atramos konstrukcijomis, tokios kaip plačios atramos pagrindai ir suapvalintos jungtys, dokumentuota, kad žymiai sumažina išlinkimą.

Įkaitinimas ir skenavimo strategijos

Plokštės su įkaitinimu yra patikrintas metodas, sumažinantis temperatūros gradientų ir susijusių įtampų neigiamą poveikį DLM. Padidinus pradinę temperatūrą, terminio šoko intensyvumas mažėja, todėl supaprastėja pereinamasis procesas tarp šilto ir aušinimo ciklų. Papildant įkaitinimą, svarbią rolę šilumos valdyme vaidina skenavimo strategijos. Strategijos, kurios skirsto šilumą tolygiau, tokios kaip kryžminis skenavimas, gali dar labiau sumažinti įtampų sukeltą deformaciją. Kaip pabrėžiama pramonės pavyzdžiuose, įkaitinimas kartu su optimizuota skenavimo struktūra pademonstravo gerėjimą matmenų tikslumo srityje ir sumažino likutines įtampas, užkertant kelią galimai galutinių detalių gedimui.

Įtrūkimų ir išlinkimų prevencija DLM spausdinant

Šiluminio susitraukimo problemos

Suprasti terminį susitraukimą SLM (Selektyvaus lazerio lydymo) dalių aušinimo fazėje yra svarbu, kad būtų išvengta įtrūkimų. Kai dalis aušta, ji susitraukia, o šis susitraukimas gali sukelti vidinius įtempimus, kurie, jei tinkamai nevaldomi, gali sukelti įtrūkimus. Tyrimai rodo, kad skirtingi aušinimo greičiai žymiai veikia medžiagos elgesį, kildinant įtrūkimų riziką. Pavyzdžiui, greitas aušinimas gali padidinti įtempimus dalyse, ypač srityse su sudėtinga geometrija ar nevienodu storio. Tam pašalinti būtina optimizuoti aušinimo greičius. Keičiant šiuos greičius, koreguojant aplinkos sąlygas ar integruojant aušinimo pauzes gamybos metu galima išvengti išlinkimų ir sumažinti vidinius įtempimus.

Gulduotės sukibimo geriausios praktikos

Gulimosios adhezijos stiprinimas yra pagrindinis būdas užkirsti kelią deformacijai SLM spausdintuose objektuose. Stipri gulimosios adhezija yra svarbiausia, nes ji stabilizuoja spausdinį per visą procesą, sumažindama judėjimą, kuris gali sukelti deformaciją. Medžiagos, tokios kaip struktūruotos substratai ar paviršiaus apdorojimai – pavyzdžiui, naudojimas adhezijos skatinimo medžiagų, sukurtų konkrečiai SLM medžiagoms – gali žymiai pagerinti adhezijos efektyvumą. Empiriniai SLM testų duomenys parodė, kad pagerinta gulimosios adhezijos laikymosi galimybės gali drastiškai sumažinti deformacijos atvejus, užtikrindamos matmenų tikslumą ir konstrukcinį vientisumą. Pavyzdžiui, naudojant aukos sluoksnį arba dengiant sluoksnį galima pagerinti adheziją ir palengvinti priešspaudos valymo procesą.

Termoapdirbimo procedūros po spausdinimo

Strateginiai terminiai apdorojimai po statymo vaidina svarbų vaidmenį, mažinant vidinius įtampos jėgas SLM komponentuose. Taikant kontroliuojamus terminius ciklus, gamintojai gali pašalinti susikaupusias įtampas, kurios gali sukelti deformacijas arba iškrypimus. Optimalus temperatūros diapazonas ir trukmė žymiai skiriasi priklausomai nuo medžiagos; pavyzdžiui, titano lydiniai dažnai reikalauja žemesnės temperatūros nei nerūdijantis plienas. Atlikti tyrimai parodė, kad terminis apdorojimas po statymo gali sumažinti deformacijas ir pagerinti mechanines savybes, išlaikant tikslumą ir ilgaamžiškumą. Tinkamai taikomi šie apdorojimai yra veiksmingas metodas, leidžiantis kontroliuoti matmenų stabilumą ir bendrą našumą metaliniuose 3D spausdintuose komponentuose.

SLM 3D spausdintų detalių apdorojimo iššūkiai

Paviršiaus šiurkštumo mažinimas

Paviršiaus šiurkštumas yra dažnas iššūkis, susijęs su Selekciniu lazeriniu lydymu (SLM), ir gali paveikti 3D spausdintų detalių funkcionalumą bei estetiką. Paviršiaus šiurkštumo priežastys apima nepilną lydymą dėl nepakankamos lazerinės energijos iki sluoksnių storio apribojimų, kurie daro įtaką galutinių produktų sklandumui. Pasiekti lygesnius paviršius yra būtina ten, kur svarbūs tikslumas ir estetika. Paviršiaus apdorojimui dažnai naudojamos tokios technikos kaip mechaninis apdirbimas, šlifavimas ir poliravimas. Be to, naudojant plonesnius sluoksnius spausdinimo metu galima sumažinti šiurkštumą, nors tai dažnai reiškia ilgesnį gamybos laiką. Paviršiaus kokybės ir efektyvumo balansas lieka svarbi postprocesų operacijų klausimas.

Atramos pašalinimo sudėtingumas

Paramos struktūrų pašalinimas yra didelis iššūkis, susijęs su SLM dalių apdorojimu, dažnai kildinant pavojų sugadinti subtilias struktūras. Šios sudėtingos situacijos atsiranda tada, kai paramos naudojamos siauruose vietose arba vidinėse savybėse, dėl ko prieiga be dalies pažeidimo tampa sunki. Rekomenduojami veiksmai, kaip sumažinti pažeidimų riziką, apima specialiai sukurtų įrankių naudojimą paramos pašalinimui ir strategijų taikymą, tokių kaip paramos dizaino optimizavimas modeliavimo stadijoje. Taikant kontroliuojamas technikas, tokias kaip tikslaus įrankio pjūvis, sumažinama defektų rizika, kaip tai parodė atvejai, kai netinkamos technikos sukėlė reikšmingus pažeidimus ir padidino išlaidas.

Ekonomiški apdailos sprendimai

Kokybiškų SLM dalių be pernelyg didelės kainos palaikymui būtina taikyti finansiškai naudingus apdailos sprendimus. Įvairios metodai, tokie kaip rankinė apdaila, cheminis poliravimas ir vibracinis rūšiavimas, gali suteikti patenkinamų rezultatų mažesnėmis išlaidomis, lyginant su intensyvesnėmis technologijomis, tokiose kaip CNC apdirbimas. Pasirinkus apdailos techniką, ekonominė įtaka priklauso nuo balanso tarp pradinių išlaidų ir galimų ilgalaikių privalumų, tokių kaip padidinta detalės ilgaamžiškumas ir našumas. Specialistai dažnai pabrėžia svarbą rasti balansą tarp kainos ir naudingumo, siūlydami metodus, tokius kaip elektropoliravimas, kuris suteikia aukštos kokybės apdailą prie priimtinų išlaidų. Šios žinios gali padėti įmonėms optimizuoti jų paskutinio apdorojimo operacijas, kad būtų pasiektas ekonomiškumas ir aukšta kokybė.