1 Короткий опис проблем повторюваності продуктивності металевих матеріалів для 3D-друку
Шляхом шарового укладання металевих порошків металевий 3D-друк створює тривимірну суцільну структуру, що включає кілька етапів, включаючи обробку порошку, лазерне плавлення, охолодження та затвердіння. Кожна дія може вплинути на характеристики матеріалу кінцевої частини, що вплине на повторюваність продуктивності. Це може спричинити проблеми. Зокрема, повторюваність властивостей матеріалу проявляється в основному в таких характеристиках:
Невідповідності мікроструктури: швидке охолодження розплавленого лазером порошку під час процесу 3D-друку металу призводить до швидкого розвитку нерівноважних мікроструктур, включаючи нерівномірний розподіл розміру, форми та орієнтації зерна. На механічні характеристики деталей — міцність, твердість і в’язкість — безпосередньо впливають варіації цієї мікроструктури.
Поширеними проблемами якості металевих 3D-друкованих виробів є пористість і дефекти. Вони можуть початися з порошкових забруднень, газових включень під час лазерного плавлення, неадекватного міжшарового зв’язку та інших елементів. Міцність і довговічність деталей можуть бути значно знижені через наявність дефектів і пор.
Ефекти термічної обробки та подальшої обробки: зазвичай вимагаючи термічної обробки та додаткової обробки після друку, металеві 3D-друковані компоненти допомагають максимізувати мікроструктуру, зменшити залишкову напругу та підвищити якість поверхні. Але під час термообробки та подальшої обробки такі елементи, як контроль температури, тривалість витримки та швидкість охолодження, можуть впливати на властивості матеріалу деталей, тим самим погіршуючи повторюваність продуктивності.
Технології обробки та якість порошку. Продуктивність друкованої продукції багато в чому залежить від якості та технології обробки металевого порошку. Під час процесу друку розподіл частинок порошку за розміром, форма, сипучість і хімічний склад можуть впливати на щільність наповнення порошку, ефективність лазерного поглинання та поведінку плавлення, таким чином впливаючи на властивості матеріалу компонентів.
2 Замість підходу до повторюваності властивостей матеріалу в металевому 3D-друку
З наступних точок зору можна запропонувати розумні методи вирішення повторюваності характеристик матеріалу в металевому 3D-друкі:
максимізація технології обробки та якості порошку: вирішення проблеми повторюваності продуктивності починається з покращення якості та технології обробки металевих порошків. Суворий контроль розподілу частинок за розміром, форми та хімічного складу порошку, а також передові технології обробки порошку, включаючи ультразвукову вібрацію та екранування повітряного потоку, допоможуть покращити щільність наповнення та ефективність лазерного поглинання порошку, таким чином зменшуючи утворення пор. і дефекти, а отже, підвищення повторюваності характеристик матеріалу деталей.
точний контроль виробничих параметрів: на якість матеріалу компонентів сильно впливають параметри друку, які використовуються в металевому 3D-друкі: потужність лазера, швидкість сканування, товщина шару та розмір плями. Завдяки точному управлінню цими параметрами мікроструктуру компонентів можна максимізувати, утворення нерівноважної фази можна мінімізувати, а механічні характеристики матеріалу та стійкість до корозії можна підвищити. Одночасно з цим розумне планування шляху друку може допомогти зменшити кількість дефектів і підвищити повторюваність характеристик деталей.
Удосконалення процедур пост-обробки та методів термічної обробки: на продуктивність металевих 3D-друкованих деталей сильно впливають процедури пост-обробки та термічна обробка. Залишкове напруження можна зменшити, мікроструктуру можна оптимізувати, а міцність і міцність компонентів можна підвищити за допомогою оптимальної оптимізації процесу термічної обробки, тобто шляхом вибору відповідної температури нагріву, тривалості витримки та швидкості охолодження. Паралельні передові методи пост-обробки, включаючи покриття поверхні, полірування та піскоструминну обробку, можуть покращити якість поверхні деталей, підвищити зносостійкість і стійкість до корозії.
Покращення контролю якості та моніторингу процесу: посилення моніторингу процесу та перевірки якості є ключовим способом підвищення повторюваності властивостей матеріалів у металевому 3D-друку. Моніторинг температури, тиску та складу газу в режимі реального часу під час процесу друку допомагає швидко знаходити та усувати можливі проблеми з якістю. Удосконалені методи виявлення, включаючи рентгенівську дифракцію, скануючу електронну мікроскопію та аналіз енергетичного спектру, також можна використовувати одночасно для точного дослідження мікроструктури та хімічного складу деталей, таким чином гарантуючи, що їхня продуктивність задовольняє критерії дизайну.
Дослідження продуктивності матеріалу та збирання даних: проведення дослідження ефективності матеріалу та збір даних є ключовим для вирішення проблеми повторюваності характеристик матеріалу в металевому 3D-друкі, оскільки в цьому процесі беруть участь складні фактори з багатьох аспектів. Точніші та надійніші моделі прогнозування можна розробити за допомогою поглибленого дослідження впливу різних матеріалів, параметрів друку та методів термічної обробки на продуктивність деталей, що створює наукову основу для оптимізації процесів друку та підвищення повторюваності продуктивності. Водночас збір великої кількості експериментальних даних може значно принести користь подальшому розвитку матеріалів і оптимізації процесу.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/aluminum-alloy-3d-printed-racing-parts.html