Ako dodávateľ SLM 3D tlačených modelov z nehrdzavejúcej ocele som bol svedkom výziev, ktoré so sebou prináša zvládanie vnútorných napätí v týchto častiach. Selektívne laserové tavenie (SLM) je výkonná technológia, ktorá umožňuje vytváranie zložitých a vysoko pevných komponentov z nehrdzavejúcej ocele. Avšak rýchle cykly zahrievania a chladenia počas procesu tlače často vedú k rozvoju vnútorného napätia, ktoré môže spôsobiť deformáciu, praskanie a znížené mechanické vlastnosti. V tomto blogu sa podelím o niekoľko účinných stratégií na zníženie týchto vnútorných napätí v modeloch z nehrdzavejúcej ocele vytlačených SLM 3D.
Pochopenie zdroja vnútorného stresu
Predtým, ako sa budeme zaoberať otázkou vnútorných stresov, je dôležité pochopiť, odkiaľ pochádzajú. Počas procesu SLM roztaví vysokoenergetický laserový lúč tenkú vrstvu prášku z nehrdzavejúcej ocele. Keď sa laser pohybuje cez práškové lôžko, roztavený kov rýchlo tuhne. Rozdiel teplôt medzi roztavenými a stuhnutými oblasťami vytvára tepelné gradienty, ktoré zase vytvárajú vnútorné napätia.
Tieto napätia možno rozdeliť do dvoch hlavných typov: zvyškové napätia a tepelné napätia. Zvyškové napätia sú zachytené v materiáli po dokončení procesu tlače, zatiaľ čo tepelné napätia sa vyskytujú počas ohrievacích a chladiacich cyklov. Oba typy môžu mať významný vplyv na kvalitu a výkon tlačeného dielu.
Predtlačové stratégie
Výber materiálu
Výber prášku z nehrdzavejúcej ocele môže mať zásadný vplyv na úrovne vnútorného napätia v tlačenej časti. Rôzne druhy nehrdzavejúcej ocele majú rôzne tepelné vlastnosti, ako sú koeficienty tepelnej rozťažnosti. Výber prášku s nižším koeficientom tepelnej rozťažnosti môže pomôcť znížiť tepelné namáhanie vznikajúce počas procesu tlače.
Napríklad austenitické nehrdzavejúce ocele ako 316L sa často používajú v SLM kvôli ich dobrej odolnosti proti korózii a relatívne nízkej tepelnej rozťažnosti. Vďaka tomu sú menej náchylné na deformáciu a praskanie v porovnaní s inými druhmi.
Optimalizácia dizajnu
Konštrukcia dielu hrá kľúčovú úlohu pri zvládaní vnútorných napätí. Pri zložitých geometriách s ostrými rohmi a tenkými stenami je väčšia pravdepodobnosť vzniku vysokých koncentrácií napätia. Optimalizáciou dizajnu môžeme znížiť tieto koncentrácie napätia a zlepšiť celkovú kvalitu tlačeného dielu.
Jedným z prístupov je použitie zaoblených rohov namiesto ostrých. Zaoblené rohy rozložia napätie rovnomernejšie, čím sa zníži pravdepodobnosť prasknutia. Okrem toho pridanie podporných štruktúr môže pomôcť ukotviť diel počas procesu tlače a zabrániť deformácii. Je však dôležité navrhnúť tieto nosné konštrukcie tak, aby sa minimalizoval ich vplyv na konečnú časť.
Predhrievanie zostavovacej dosky
Predhrievanie konštrukčnej platne je účinný spôsob, ako znížiť tepelné gradienty medzi tlačenou časťou a konštrukčnou platňou. Predhriatím konštrukčnej dosky na vhodnú teplotu môžeme spomaliť rýchlosť chladenia tlačeného dielu, čím sa zníži tepelné namáhanie.
Väčšina strojov SLM umožňuje predhriatie konštrukčnej dosky na teplotu okolo 100 - 200 °C. Tento krok predhrievania môže výrazne zlepšiť priľnavosť dielu k konštrukčnej doske a znížiť riziko deformácie.
In - Stratégie tlače
Laserová optimalizácia parametrov
Parametre lasera, ako je výkon lasera, rýchlosť skenovania a rozstup šrafovania, majú priamy vplyv na úroveň vnútorného napätia v tlačenej časti. Optimalizáciou týchto parametrov môžeme kontrolovať prívod tepla a rýchlosť ochladzovania, čím sa znižuje tepelné namáhanie.
Napríklad zvýšenie výkonu lasera môže zvýšiť hĺbku topenia a zlepšiť hustotu tlačenej časti. Príliš vysoký výkon lasera však môže viesť aj k nadmernému prívodu tepla a zvýšenému tepelnému namáhaniu. Na druhej strane zvýšenie rýchlosti skenovania môže znížiť vstup tepla, ale môže tiež viesť k neúplnému roztaveniu. Preto je kľúčové nájsť správnu rovnováhu parametrov lasera.
Stratégia skenovania
Stratégia skenovania použitá počas procesu tlače môže tiež ovplyvniť rozloženie vnútorného napätia. Rôzne skenovacie stratégie, ako je rastrové skenovanie, skenovanie ostrovov a skenovanie obrysov, možno použiť na riadenie distribúcie tepla a zníženie tepelných gradientov.
Napríklad skenovanie ostrovov zahŕňa rozdelenie stavebnej oblasti na menšie ostrovy a skenovanie každého ostrova samostatne. To môže pomôcť znížiť akumuláciu tepla v jednej oblasti a minimalizovať tepelné namáhanie.
Post-tlačové stratégie
Tepelné spracovanie
Tepelné spracovanie je jedným z najefektívnejších spôsobov, ako zmierniť vnútorné napätie v modeloch z nehrdzavejúcej ocele vytlačených SLM 3D. Zahriatím tlačenej časti na špecifickú teplotu a jej držaním po určitú dobu môžeme materiálu umožniť relaxáciu a znížiť zvyškové napätia.
Existujú rôzne typy tepelného spracovania, ako je žíhanie, odbúravanie napätia a roztokové spracovanie. Žíhanie zahŕňa zahriatie dielu na vysokú teplotu a následné pomalé ochladenie. Tento proces môže zlepšiť ťažnosť a znížiť tvrdosť materiálu. Na druhej strane zmiernenie pnutia je tepelné spracovanie pri nižšej teplote, ktoré sa používa hlavne na zníženie zvyškových napätí bez výraznej zmeny vlastností materiálu.
Obrábanie a konečná úprava
Po tepelnom spracovaní je možné vykonať obrábacie a dokončovacie operácie na ďalšie zlepšenie kvality povrchu a rozmerovej presnosti tlačeného dielu. Opracovanie môže tiež pomôcť odstrániť akékoľvek povrchové chyby a znížiť koncentrácie napätia.
Je však dôležité poznamenať, že obrábanie môže do dielu vniesť aj nové napätia. Preto je potrebné použiť vhodné parametre a techniky obrábania, aby sa minimalizoval vplyv na úrovne vnútorného napätia.
Záver
Zníženie vnútorného napätia v modeloch z nehrdzavejúcej ocele tlačených SLM 3D je zložitá, ale dosiahnuteľná úloha. Implementáciou kombinácie stratégií pred tlačou, v tlači a po tlači dokážeme efektívne riadiť úrovne vnútorného stresu a zlepšiť kvalitu a výkon tlačených dielov.
Ak máte záujem o našeSLA 3D tlač pre medicínske diely,Časti modelov pre 3D tlačaleboNylonové diely pre 3D tlač SLS, alebo ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa zníženia vnútorných napätí v modeloch z nehrdzavejúcej ocele vytlačených SLM 3D, neváhajte nás kontaktovať pre diskusiu o obstarávaní. Sme tu, aby sme vám poskytli vysokokvalitné riešenia a podporu 3D tlače.
Referencie
- Gu, D., Shen, Y., & Ding, Y. (2012). Selektívne laserové tavenie biokompatibilných kovov pre rýchlu výrobu medicínskych dielov. International Materials Reviews, 57(3), 133 - 164.
- Kruth, JP, Leu, MC, & Nakagawa, T. (2007). Pokrok v oblasti aditívnej výroby a rýchleho prototypovania. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 56(2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., Bertrand, P., & Smurov, I. (2010). Vplyv stratégie laserového skenovania na zvyškové napätie pri selektívnom tavení laserom. Journal of Materials Processing Technology, 210(12), 1695 - 1702.
