În calitate de furnizor de modele SLM din oțel inoxidabil imprimate 3D, am asistat direct la provocările care vin cu gestionarea tensiunilor interne din aceste părți. Topirea selectivă cu laser (SLM) este o tehnologie puternică care permite crearea de componente complexe și de înaltă rezistență din oțel inoxidabil. Cu toate acestea, ciclurile rapide de încălzire și răcire din timpul procesului de imprimare duc adesea la dezvoltarea unor tensiuni interne, care pot provoca deformarea, fisurarea și proprietățile mecanice reduse. În acest blog, voi împărtăși câteva strategii eficiente pentru a reduce aceste tensiuni interne în modelele SLM din oțel inoxidabil imprimate 3D.
Înțelegerea sursei tensiunilor interne
Înainte de a putea aborda problema stresurilor interne, este esențial să înțelegem de unde provin. În timpul procesului SLM, un fascicul laser de înaltă energie topește un strat subțire de pulbere de oțel inoxidabil. Pe măsură ce laserul se deplasează pe patul de pulbere, metalul topit se solidifică rapid. Diferența de temperatură dintre regiunile topite și cele solidificate creează gradienți termici, care la rândul lor generează tensiuni interne.
Aceste tensiuni pot fi clasificate în două tipuri principale: tensiuni reziduale și tensiuni termice. Tensiunile reziduale sunt blocate în material după finalizarea procesului de imprimare, în timp ce tensiunile termice apar în timpul ciclurilor de încălzire și răcire. Ambele tipuri pot avea un impact semnificativ asupra calității și performanței piesei imprimate.
Strategii de pre-tipărire
Selectia materialelor
Alegerea pulberii de oțel inoxidabil poate avea un efect profund asupra nivelurilor de stres interne din piesa imprimată. Diferitele clase de oțel inoxidabil au proprietăți termice diferite, cum ar fi coeficienții de dilatare termică. Selectarea unei pulberi cu un coeficient de dilatare termică mai scăzut poate ajuta la reducerea tensiunilor termice generate în timpul procesului de imprimare.
De exemplu, oțelurile inoxidabile austenitice precum 316L sunt adesea folosite în SLM datorită rezistenței lor bune la coroziune și expansiunii termice relativ scăzute. Acest lucru le face mai puțin predispuse la deformare și crăpare în comparație cu alte grade.
Optimizarea designului
Proiectarea piesei joacă un rol crucial în gestionarea tensiunilor interne. Geometriile complexe cu colțuri ascuțite și pereți subțiri sunt mai susceptibile de a dezvolta concentrații mari de tensiuni. Prin optimizarea designului, putem reduce aceste concentrații de tensiuni și putem îmbunătăți calitatea generală a piesei imprimate.
O abordare este să folosiți colțuri rotunjite în loc de cele ascuțite. Colțurile rotunjite distribuie stresul mai uniform, reducând probabilitatea de fisurare. În plus, adăugarea de structuri de sprijin poate ajuta la ancorarea piesei în timpul procesului de imprimare și la prevenirea deformarii. Cu toate acestea, este important să proiectați aceste structuri de susținere într-un mod care să minimizeze impactul lor asupra piesei finale.
Pre - încălzirea plăcii de construcție
Preîncălzirea plăcii de construcție este o modalitate eficientă de a reduce gradienții termici dintre partea imprimată și placa de construcție. Prin preîncălzirea plăcii de construcție la o temperatură adecvată, putem încetini viteza de răcire a piesei imprimate, reducând tensiunile termice.
Majoritatea mașinilor SLM permit ca placa de construcție să fie preîncălzită la o temperatură de aproximativ 100 - 200°C. Această etapă de preîncălzire poate îmbunătăți semnificativ aderența piesei la placa de construcție și poate reduce riscul de deformare.
În - Strategii de imprimare
Optimizarea parametrilor laser
Parametrii laserului, cum ar fi puterea laserului, viteza de scanare și distanța dintre hașuri, au un impact direct asupra nivelurilor de stres interne din partea imprimată. Prin optimizarea acestor parametri, putem controla aportul de căldură și viteza de răcire, reducând astfel solicitările termice.
De exemplu, creșterea puterii laserului poate crește adâncimea de topire și poate îmbunătăți densitatea piesei imprimate. Cu toate acestea, o putere prea mare a laserului poate duce, de asemenea, la un aport excesiv de căldură și la creșterea tensiunilor termice. Pe de altă parte, creșterea vitezei de scanare poate reduce aportul de căldură, dar poate duce și la topirea incompletă. Prin urmare, găsirea echilibrului corect al parametrilor laserului este crucială.
Strategia de scanare
Strategia de scanare utilizată în timpul procesului de imprimare poate afecta, de asemenea, distribuția internă a tensiunii. Diferite strategii de scanare, cum ar fi scanarea raster, scanarea insulă și scanarea conturului, pot fi utilizate pentru a controla distribuția căldurii și pentru a reduce gradienții termici.
De exemplu, scanarea insulelor implică împărțirea zonei de construcție în insule mai mici și scanarea fiecărei insule separat. Acest lucru poate ajuta la reducerea acumulării de căldură într-o singură zonă și la minimizarea solicitărilor termice.
Post - Strategii de tipărire
Tratament termic
Tratamentul termic este una dintre cele mai eficiente moduri de a atenua solicitările interne în modelele SLM din oțel inoxidabil imprimate 3D. Prin încălzirea piesei imprimate la o anumită temperatură și menținând-o pentru o anumită perioadă de timp, putem permite materialului să se relaxeze și să reducă tensiunile reziduale.
Există diferite tipuri de tratamente termice, cum ar fi recoacerea, reducerea stresului și tratamentul cu soluție. Recoacerea implică încălzirea piesei la o temperatură ridicată și apoi răcirea lent. Acest proces poate îmbunătăți ductilitatea și poate reduce duritatea materialului. Detensionarea, pe de altă parte, este un tratament termic la temperatură mai joasă, care este utilizat în principal pentru a reduce tensiunile reziduale fără a modifica semnificativ proprietățile materialului.
Prelucrare și finisare
După tratamentul termic, pot fi efectuate operațiuni de prelucrare și finisare pentru a îmbunătăți și mai mult calitatea suprafeței și acuratețea dimensională a piesei imprimate. Prelucrarea poate ajuta, de asemenea, la eliminarea oricăror defecte de suprafață și la reducerea concentrațiilor de stres.
Cu toate acestea, este important de reținut că prelucrarea poate introduce și noi solicitări în piesă. Prin urmare, este necesar să se utilizeze parametrii și tehnicile de prelucrare adecvate pentru a minimiza impactul asupra nivelurilor de tensiuni interne.
Concluzie
Reducerea tensiunilor interne în modelele SLM din oțel inoxidabil imprimate 3D este o sarcină complexă, dar realizabilă. Prin implementarea unei combinații de strategii de pre-printare, în-printare și post-tipărire, putem gestiona eficient nivelurile de stres intern și îmbunătățim calitatea și performanța pieselor imprimate.
Dacă sunteți interesat de nostruImprimare 3D SLA pentru piese medicale,Piese model de imprimare 3DsauPiese de imprimare 3D din nailon SLS, sau dacă aveți întrebări despre reducerea tensiunilor interne în modelele SLM din oțel inoxidabil imprimate 3D, vă rugăm să nu ezitați să ne contactați pentru o discuție privind achizițiile. Suntem aici pentru a vă oferi soluții și asistență de imprimare 3D de înaltă calitate.
Referințe
- Gu, D., Shen, Y. și Ding, Y. (2012). Topirea selectivă cu laser a metalelor biocompatibile pentru fabricarea rapidă a pieselor medicale. International Materials Reviews, 57(3), 133 - 164.
- Kruth, JP, Leu, MC și Nakagawa, T. (2007). Progrese în fabricarea aditivă și prototiparea rapidă. CIRP Anales - Tehnologia de fabricație, 56(2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., Bertrand, P. și Smurov, I. (2010). Influența strategiei de scanare cu laser asupra stresului rezidual în topirea selectivă cu laser. Journal of Materials Processing Technology, 210(12), 1695 - 1702.
