Kao dobavljač SLM 3D tiskanih modela od nehrđajućeg čelika, iz prve sam ruke svjedočio izazovima koji dolaze s upravljanjem unutarnjim naprezanjima u tim dijelovima. Selektivno lasersko taljenje (SLM) moćna je tehnologija koja omogućuje stvaranje složenih komponenti od nehrđajućeg čelika visoke čvrstoće. Međutim, brzi ciklusi zagrijavanja i hlađenja tijekom procesa tiskanja često dovode do razvoja unutarnjih naprezanja, što može uzrokovati savijanje, pucanje i smanjena mehanička svojstva. U ovom blogu podijelit ću neke učinkovite strategije za smanjenje ovih unutarnjih naprezanja u SLM 3D modelima od nehrđajućeg čelika.
Razumijevanje izvora unutarnjih naprezanja
Prije nego što se pozabavimo pitanjem unutarnjih stresova, ključno je razumjeti odakle oni dolaze. Tijekom SLM procesa, laserska zraka visoke energije topi tanki sloj praha od nehrđajućeg čelika. Kako se laser kreće preko sloja praha, rastaljeni metal se brzo skrućuje. Razlika u temperaturi između rastaljenog i skrutnutog područja stvara toplinske gradijente, koji zauzvrat stvaraju unutarnje naprezanja.
Ta se naprezanja mogu klasificirati u dvije glavne vrste: zaostala naprezanja i toplinska naprezanja. Zaostala naprezanja zadržavaju se u materijalu nakon završetka procesa tiskanja, dok se toplinska naprezanja javljaju tijekom ciklusa grijanja i hlađenja. Obje vrste mogu imati značajan utjecaj na kvalitetu i performanse tiskanog dijela.
Strategije prije ispisa
Odabir materijala
Odabir praha od nehrđajućeg čelika može imati dubok učinak na razine unutarnjeg naprezanja u tiskanom dijelu. Različite vrste nehrđajućeg čelika imaju različita toplinska svojstva, kao što su koeficijenti toplinskog širenja. Odabir praha s nižim koeficijentom toplinske ekspanzije može pomoći u smanjenju toplinskih naprezanja koja nastaju tijekom procesa tiskanja.
Na primjer, austenitni nehrđajući čelici poput 316L često se koriste u SLM-u zbog svoje dobre otpornosti na koroziju i relativno niske toplinske ekspanzije. To ih čini manje sklonima savijanju i pucanju u usporedbi s drugim vrstama.
Optimizacija dizajna
Dizajn dijela igra ključnu ulogu u upravljanju unutarnjim naprezanjima. Složene geometrije s oštrim kutovima i tankim stijenkama imaju veću vjerojatnost da će razviti visoke koncentracije naprezanja. Optimiziranjem dizajna možemo smanjiti te koncentracije naprezanja i poboljšati ukupnu kvalitetu tiskanog dijela.
Jedan pristup je korištenje zaobljenih kutova umjesto oštrih. Zaobljeni kutovi ravnomjernije raspoređuju naprezanje, smanjujući vjerojatnost pucanja. Dodatno, dodavanje potpornih struktura može pomoći u učvršćivanju dijela tijekom procesa ispisa i spriječiti savijanje. Međutim, važno je dizajnirati ove potporne strukture na način da minimizira njihov utjecaj na završni dio.
Prethodno zagrijavanje građevne ploče
Prethodno zagrijavanje radne ploče je učinkovit način za smanjenje toplinskih gradijenata između tiskanog dijela i radne ploče. Prethodnim zagrijavanjem radne ploče na odgovarajuću temperaturu možemo usporiti brzinu hlađenja tiskanog dijela, smanjujući toplinska naprezanja.
Većina SLM strojeva omogućuje prethodno zagrijavanje radne ploče na temperaturu od oko 100 - 200°C. Ovaj korak prethodnog zagrijavanja može značajno poboljšati prianjanje dijela na ugradnu ploču i smanjiti rizik od savijanja.
U - Strategije ispisa
Optimizacija laserskih parametara
Parametri lasera, poput snage lasera, brzine skeniranja i razmaka šrafura, imaju izravan utjecaj na razine unutarnjeg naprezanja u ispisanom dijelu. Optimiziranjem ovih parametara, možemo kontrolirati unos topline i brzinu hlađenja, čime se smanjuju toplinski stresovi.
Na primjer, povećanje snage lasera može povećati dubinu taljenja i poboljšati gustoću tiskanog dijela. Međutim, previsoka snaga lasera također može dovesti do prekomjernog unosa topline i povećanih toplinskih naprezanja. S druge strane, povećanje brzine skeniranja može smanjiti unos topline, ali također može rezultirati nepotpunim taljenjem. Stoga je ključno pronaći pravu ravnotežu laserskih parametara.
Strategija skeniranja
Strategija skeniranja koja se koristi tijekom procesa ispisa također može utjecati na distribuciju unutarnjeg naprezanja. Različite strategije skeniranja, kao što su rastersko skeniranje, skeniranje otoka i skeniranje kontura, mogu se koristiti za kontrolu raspodjele topline i smanjenje toplinskih gradijenata.
Na primjer, skeniranje otoka uključuje podjelu građevinskog područja na manje otoke i skeniranje svakog otoka zasebno. To može pomoći u smanjenju nakupljanja topline u jednom području i minimiziranju toplinskih naprezanja.
Post-ispisne strategije
Toplinska obrada
Toplinska obrada je jedan od najučinkovitijih načina za ublažavanje unutarnjih naprezanja u SLM 3D modelima od nehrđajućeg čelika. Zagrijavanjem otisnutog dijela na određenu temperaturu i držanjem određenog vremena možemo dopustiti da se materijal opusti i smanjiti zaostala naprezanja.
Postoje različite vrste toplinske obrade, kao što su žarenje, smanjenje naprezanja i obrada otopinom. Žarenje uključuje zagrijavanje dijela na visoku temperaturu, a zatim ga polagano hladi. Ovaj postupak može poboljšati duktilnost i smanjiti tvrdoću materijala. Ublažavanje naprezanja je, s druge strane, toplinska obrada na nižoj temperaturi koja se uglavnom koristi za smanjenje zaostalih naprezanja bez značajne promjene svojstava materijala.
Strojna i završna obrada
Nakon toplinske obrade mogu se provesti strojna obrada i završne operacije kako bi se dodatno poboljšala kvaliteta površine i točnost dimenzija tiskanog dijela. Strojna obrada također može pomoći u uklanjanju svih površinskih nedostataka i smanjenju koncentracije naprezanja.
Međutim, važno je napomenuti da strojna obrada također može unijeti nova naprezanja u dio. Stoga je potrebno koristiti odgovarajuće parametre i tehnike obrade kako bi se smanjio utjecaj na razinu unutarnjeg naprezanja.
Zaključak
Smanjenje unutarnjih naprezanja u SLM 3D tiskanim modelima od nehrđajućeg čelika je složen, ali ostvariv zadatak. Implementacijom kombinacije strategija prije ispisa, u ispisu i nakon ispisa, možemo učinkovito upravljati razinama unutarnjeg stresa i poboljšati kvalitetu i izvedbu tiskanih dijelova.
Ako ste zainteresirani za našeSLA 3D ispis za medicinske dijelove,3D ispis dijelova modelailiDijelovi za 3D ispis SLS od najlona, ili ako imate bilo kakvih pitanja o smanjenju unutarnjih naprezanja u SLM 3D modelima od nehrđajućeg čelika, slobodno nas kontaktirajte radi rasprave o nabavi. Tu smo da vam pružimo visokokvalitetna rješenja i podršku za 3D ispis.
Reference
- Gu, D., Shen, Y. i Ding, Y. (2012.). Selektivno lasersko taljenje biokompatibilnih metala za brzu proizvodnju medicinskih dijelova. International Materials Reviews, 57(3), 133 - 164.
- Kruth, JP, Leu, MC i Nakagawa, T. (2007). Napredak u aditivnoj proizvodnji i brzoj izradi prototipova. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 56(2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., Bertrand, P. i Smurov, I. (2010). Utjecaj strategije laserskog skeniranja na zaostalo naprezanje kod selektivnog laserskog taljenja. Časopis za tehnologiju obrade materijala, 210(12), 1695 - 1702.
