Jako dostawca modeli SLM ze stali nierdzewnej drukowanych w 3D, byłem świadkiem na własne oczy wyzwań związanych z zarządzaniem naprężeniami wewnętrznymi w tych częściach. Selektywne topienie laserowe (SLM) to zaawansowana technologia, która pozwala na tworzenie złożonych elementów ze stali nierdzewnej o wysokiej wytrzymałości. Jednakże szybkie cykle nagrzewania i chłodzenia podczas procesu drukowania często prowadzą do rozwoju naprężeń wewnętrznych, które mogą powodować wypaczanie, pękanie i pogorszenie właściwości mechanicznych. Na tym blogu podzielę się kilkoma skutecznymi strategiami zmniejszania naprężeń wewnętrznych w modelach stali nierdzewnej drukowanych w technologii SLM 3D.
Zrozumienie źródła naprężeń wewnętrznych
Zanim zajmiemy się kwestią naprężeń wewnętrznych, ważne jest, aby zrozumieć, skąd one pochodzą. Podczas procesu SLM wysokoenergetyczna wiązka lasera topi cienką warstwę proszku stali nierdzewnej. Gdy laser przesuwa się po złożu proszku, stopiony metal szybko krzepnie. Różnica temperatur pomiędzy obszarami stopionymi i zestalonymi tworzy gradienty termiczne, które z kolei generują naprężenia wewnętrzne.
Naprężenia te można podzielić na dwa główne typy: naprężenia szczątkowe i naprężenia termiczne. Naprężenia szczątkowe są blokowane w materiale po zakończeniu procesu drukowania, natomiast naprężenia termiczne powstają podczas cykli ogrzewania i chłodzenia. Obydwa typy mogą mieć znaczący wpływ na jakość i wydajność drukowanej części.
Strategie przed drukowaniem
Wybór materiału
Wybór proszku ze stali nierdzewnej może mieć ogromny wpływ na poziom naprężeń wewnętrznych w drukowanej części. Różne gatunki stali nierdzewnej mają różne właściwości termiczne, takie jak współczynniki rozszerzalności cieplnej. Wybór proszku o niższym współczynniku rozszerzalności cieplnej może pomóc w zmniejszeniu naprężeń termicznych powstających podczas procesu drukowania.
Na przykład austenityczne stale nierdzewne, takie jak 316L, są często stosowane w SLM ze względu na ich dobrą odporność na korozję i stosunkowo niską rozszerzalność cieplną. Dzięki temu są mniej podatne na wypaczanie i pękanie w porównaniu do innych gatunków.
Optymalizacja projektu
Konstrukcja części odgrywa kluczową rolę w zarządzaniu naprężeniami wewnętrznymi. W przypadku skomplikowanych geometrii z ostrymi narożnikami i cienkimi ścianami istnieje większe prawdopodobieństwo wystąpienia dużej koncentracji naprężeń. Optymalizując projekt, możemy zmniejszyć koncentrację naprężeń i poprawić ogólną jakość drukowanej części.
Jednym ze sposobów jest użycie zaokrąglonych narożników zamiast ostrych. Zaokrąglone rogi rozkładają naprężenia bardziej równomiernie, zmniejszając prawdopodobieństwo pękania. Dodatkowo dodanie konstrukcji wsporczych może pomóc w zakotwiczeniu części podczas procesu drukowania i zapobiec wypaczeniu. Ważne jest jednak zaprojektowanie tych konstrukcji wsporczych w sposób minimalizujący ich wpływ na część końcową.
Wstępne podgrzewanie płyty roboczej
Wstępne podgrzewanie platformy roboczej to skuteczny sposób na zmniejszenie gradientów termicznych pomiędzy drukowaną częścią a platformą roboczą. Podgrzewając platformę roboczą do odpowiedniej temperatury, możemy spowolnić tempo chłodzenia drukowanej części, zmniejszając naprężenia termiczne.
Większość maszyn SLM pozwala na wstępne podgrzanie platformy roboczej do temperatury około 100 - 200°C. Ten etap wstępnego nagrzewania może znacznie poprawić przyczepność części do platformy roboczej i zmniejszyć ryzyko wypaczenia.
W - Strategie drukowania
Optymalizacja parametrów lasera
Parametry lasera, takie jak moc lasera, prędkość skanowania i odstępy kreskowania, mają bezpośredni wpływ na poziom naprężeń wewnętrznych w drukowanej części. Optymalizując te parametry, możemy kontrolować dopływ ciepła i szybkość chłodzenia, zmniejszając w ten sposób naprężenia termiczne.
Na przykład zwiększenie mocy lasera może zwiększyć głębokość wtapiania i poprawić gęstość drukowanej części. Jednak zbyt duża moc lasera może również prowadzić do nadmiernego dopływu ciepła i zwiększonych naprężeń termicznych. Z drugiej strony zwiększenie szybkości skanowania może zmniejszyć dopływ ciepła, ale może również skutkować niepełnym stopieniem. Dlatego znalezienie właściwej równowagi parametrów lasera jest kluczowe.
Strategia skanowania
Strategia skanowania zastosowana podczas procesu drukowania może również wpływać na rozkład naprężeń wewnętrznych. Do kontrolowania dystrybucji ciepła i zmniejszania gradientów termicznych można zastosować różne strategie skanowania, takie jak skanowanie rastrowe, skanowanie wysp i skanowanie konturów.
Na przykład skanowanie wysp polega na podzieleniu obszaru budowy na mniejsze wyspy i skanowaniu każdej wyspy osobno. Może to pomóc w zmniejszeniu akumulacji ciepła w jednym obszarze i zminimalizowaniu naprężeń termicznych.
Post - Strategie drukowania
Obróbka cieplna
Obróbka cieplna to jeden z najskuteczniejszych sposobów zmniejszania naprężeń wewnętrznych w modelach ze stali nierdzewnej drukowanych w technologii SLM 3D. Podgrzewając drukowaną część do określonej temperatury i przytrzymując ją przez określony czas, możemy pozwolić materiałowi odpocząć i zmniejszyć naprężenia własne.
Istnieją różne rodzaje obróbki cieplnej, takie jak wyżarzanie, odprężanie i obróbka przesycająca. Wyżarzanie polega na podgrzaniu części do wysokiej temperatury, a następnie powolnym jej chłodzeniu. Proces ten może poprawić ciągliwość i zmniejszyć twardość materiału. Z drugiej strony odprężanie to obróbka cieplna w niższej temperaturze, stosowana głównie w celu zmniejszenia naprężeń szczątkowych bez znaczącej zmiany właściwości materiału.
Obróbka i wykańczanie
Po obróbce cieplnej można przeprowadzić obróbkę skrawaniem i wykańczanie w celu dalszej poprawy jakości powierzchni i dokładności wymiarowej drukowanej części. Obróbka może również pomóc w usunięciu wszelkich defektów powierzchni i zmniejszeniu koncentracji naprężeń.
Należy jednak pamiętać, że obróbka może również wprowadzić do części nowe naprężenia. Dlatego konieczne jest stosowanie odpowiednich parametrów i technik obróbki, aby zminimalizować wpływ na poziom naprężeń wewnętrznych.
Wniosek
Zmniejszanie naprężeń wewnętrznych w drukowanych w 3D modelach stali nierdzewnej SLM jest złożonym, ale wykonalnym zadaniem. Wdrażając kombinację strategii przed drukiem, w trakcie drukowania i po drukowaniu, możemy skutecznie zarządzać poziomami naprężeń wewnętrznych oraz poprawiać jakość i wydajność drukowanych części.
Jeśli jesteś zainteresowany naszymiDruk 3D SLA dla części medycznych,Części modelu do druku 3DLubCzęści do druku 3D z nylonu SLSlub jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące redukcji naprężeń wewnętrznych w modelach ze stali nierdzewnej drukowanych w 3D SLM, skontaktuj się z nami w celu omówienia zamówienia. Jesteśmy tutaj, aby zapewnić Ci wysokiej jakości rozwiązania i wsparcie w zakresie druku 3D.
Referencje
- Gu, D., Shen, Y. i Ding, Y. (2012). Selektywne stapianie laserowe biokompatybilnych metali w celu szybkiej produkcji części medycznych. Międzynarodowe recenzje materiałów, 57 (3), 133–164.
- Kruth, JP, Leu, MC i Nakagawa, T. (2007). Postęp w wytwarzaniu przyrostowym i szybkim prototypowaniu. CIRP Annals – Technologia produkcji, 56(2), 525–546.
- Yadroitsev, I., Bertrand, P. i Smurov, I. (2010). Wpływ strategii skanowania laserowego na naprężenia własne w selektywnym stapianiu laserowym. Journal of Materials Processing Technology, 210(12), 1695-1702.
