بهعنوان تامینکننده مدلهای فولاد ضد زنگ چاپ سهبعدی SLM، من از نزدیک شاهد چالشهای مدیریت تنشهای داخلی در این قطعات بودم. ذوب لیزری انتخابی (SLM) یک فناوری قدرتمند است که امکان ایجاد اجزای فولادی ضد زنگ پیچیده و با استحکام بالا را فراهم می کند. با این حال، چرخه های گرمایش و سرمایش سریع در طول فرآیند چاپ اغلب منجر به ایجاد تنش های داخلی می شود که می تواند باعث تاب خوردگی، ترک خوردگی و کاهش خواص مکانیکی شود. در این وبلاگ، چند استراتژی موثر برای کاهش این تنشهای داخلی در مدلهای فولاد ضد زنگ چاپ سه بعدی SLM به اشتراک میگذارم.
درک منبع استرس های داخلی
قبل از اینکه بتوانیم به موضوع استرس های داخلی بپردازیم، بسیار مهم است که بدانیم آنها از کجا می آیند. در طول فرآیند SLM، یک پرتو لیزر پر انرژی، یک لایه نازک از پودر فولاد ضد زنگ را ذوب می کند. همانطور که لیزر در سراسر بستر پودر حرکت می کند، فلز مذاب به سرعت جامد می شود. تفاوت دما بین مناطق مذاب و جامد شده، گرادیان های حرارتی ایجاد می کند که به نوبه خود تنش های داخلی ایجاد می کند.
این تنش ها را می توان به دو نوع اصلی طبقه بندی کرد: تنش های پسماند و تنش های حرارتی. پس از تکمیل فرآیند چاپ، تنشهای پسماند در ماده قفل میشوند، در حالی که تنشهای حرارتی در طول چرخههای گرمایش و سرمایش رخ میدهند. هر دو نوع می توانند تاثیر قابل توجهی بر کیفیت و عملکرد قطعه چاپی داشته باشند.
استراتژی های قبل از چاپ
انتخاب مواد
انتخاب پودر فولاد ضد زنگ می تواند تأثیر عمیقی بر سطوح تنش داخلی در قسمت چاپی داشته باشد. گریدهای مختلف فولاد ضد زنگ دارای خواص حرارتی متفاوتی مانند ضرایب انبساط حرارتی هستند. انتخاب پودری با ضریب انبساط حرارتی کمتر می تواند به کاهش تنش های حرارتی ایجاد شده در طول فرآیند چاپ کمک کند.
به عنوان مثال، فولادهای زنگ نزن آستنیتی مانند 316L به دلیل مقاومت در برابر خوردگی خوب و انبساط حرارتی نسبتا کم، اغلب در SLM استفاده می شوند. این باعث می شود در مقایسه با سایر گریدها کمتر مستعد تاب خوردن و ترک خوردن شوند.
بهینه سازی طراحی
طراحی قطعه نقش مهمی در مدیریت تنش های داخلی دارد. هندسه های پیچیده با گوشه های تیز و دیواره های نازک بیشتر احتمال دارد که غلظت تنش بالا را ایجاد کنند. با بهینه سازی طراحی، می توانیم این غلظت استرس را کاهش دهیم و کیفیت کلی قطعه چاپ شده را بهبود بخشیم.
یک روش استفاده از گوشه های گرد به جای گوشه های تیز است. گوشه های گرد تنش را به طور یکنواخت توزیع می کنند و احتمال ترک خوردن را کاهش می دهند. علاوه بر این، افزودن ساختارهای پشتیبانی می تواند به لنگر انداختن قطعه در طول فرآیند چاپ و جلوگیری از تاب برداشتن کمک کند. با این حال، مهم است که این سازه های پشتیبانی به گونه ای طراحی شوند که تأثیر آنها بر قسمت نهایی به حداقل برسد.
پیش گرمایش صفحه ساخت
پیش گرم کردن صفحه ساخت راه موثری برای کاهش گرادیان حرارتی بین قطعه چاپ شده و صفحه ساخت است. با پیش گرم کردن صفحه ساخت تا دمای مناسب، می توان سرعت خنک شدن قطعه چاپ شده را کاهش داد و تنش های حرارتی را کاهش داد.
بیشتر ماشینهای SLM اجازه میدهند که صفحه ساختمان تا دمای حدود 100 تا 200 درجه سانتیگراد از قبل گرم شود. این مرحله پیش گرمایش می تواند به طور قابل توجهی چسبندگی قطعه به صفحه ساخت را بهبود بخشد و خطر تاب برداشتن را کاهش دهد.
در - استراتژی های چاپ
بهینه سازی پارامتر لیزری
پارامترهای لیزر، مانند توان لیزر، سرعت اسکن و فاصله دریچه، تأثیر مستقیمی بر سطوح استرس داخلی در قسمت چاپ شده دارند. با بهینه سازی این پارامترها، می توانیم گرمای ورودی و نرخ سرمایش را کنترل کنیم و در نتیجه تنش های حرارتی را کاهش دهیم.
به عنوان مثال، افزایش قدرت لیزر می تواند عمق ذوب را افزایش داده و تراکم قطعه چاپ شده را بهبود بخشد. با این حال، قدرت بیش از حد لیزر نیز می تواند منجر به گرمای بیش از حد ورودی و افزایش تنش های حرارتی شود. از سوی دیگر، افزایش سرعت اسکن می تواند گرمای ورودی را کاهش دهد، اما ممکن است منجر به ذوب ناقص شود. بنابراین، یافتن تعادل مناسب پارامترهای لیزر بسیار مهم است.
استراتژی اسکن
استراتژی اسکن مورد استفاده در طول فرآیند چاپ نیز می تواند بر توزیع تنش داخلی تأثیر بگذارد. استراتژی های مختلف اسکن، مانند اسکن شطرنجی، اسکن جزیره، و اسکن کانتور، می تواند برای کنترل توزیع گرما و کاهش گرادیان های حرارتی استفاده شود.
به عنوان مثال، اسکن جزیره شامل تقسیم منطقه ساخت به جزایر کوچکتر و اسکن هر جزیره به طور جداگانه است. این می تواند به کاهش انباشت گرما در یک منطقه کمک کند و تنش های حرارتی را به حداقل برساند.
استراتژی های چاپ پست
عملیات حرارتی
عملیات حرارتی یکی از موثرترین روشها برای کاهش تنشهای داخلی در مدلهای فولاد ضد زنگ چاپ سه بعدی SLM است. با حرارت دادن قطعه چاپ شده تا دمای خاص و نگه داشتن آن برای مدت زمان معین، می توانیم اجازه دهیم مواد شل شده و تنش های پسماند را کاهش دهیم.
انواع مختلفی از عملیات حرارتی مانند بازپخت، تنش زدایی و درمان محلول وجود دارد. بازپخت شامل حرارت دادن قطعه تا دمای بالا و سپس سرد کردن آهسته آن است. این فرآیند می تواند شکل پذیری را بهبود بخشد و سختی مواد را کاهش دهد. از سوی دیگر، تنشزدایی یک عملیات حرارتی با دمای پایینتر است که عمدتاً برای کاهش تنشهای پسماند بدون تغییر قابلتوجه در خواص مواد استفاده میشود.
ماشینکاری و تکمیل
پس از عملیات حرارتی، عملیات ماشینکاری و تکمیل را می توان برای بهبود بیشتر کیفیت سطح و دقت ابعادی قطعه چاپ شده انجام داد. ماشینکاری همچنین می تواند به رفع هرگونه نقص سطحی و کاهش غلظت تنش کمک کند.
با این حال، توجه به این نکته مهم است که ماشینکاری همچنین می تواند تنش های جدیدی را به قطعه وارد کند. بنابراین، استفاده از پارامترها و تکنیک های ماشینکاری مناسب برای به حداقل رساندن تاثیر بر سطوح تنش داخلی ضروری است.
نتیجه گیری
کاهش تنش های داخلی در مدل های فولاد ضد زنگ چاپ سه بعدی SLM یک کار پیچیده اما قابل دستیابی است. با اجرای ترکیبی از استراتژی های پیش چاپ، در چاپ و پس از چاپ، می توانیم سطوح استرس داخلی را به طور موثر مدیریت کنیم و کیفیت و عملکرد قطعات چاپی را بهبود بخشیم.
اگر به ما علاقه مند هستیدچاپ سه بعدی SLA برای قطعات پزشکی،قطعات مدل پرینت سه بعدییاقطعات پرینت سه بعدی نایلون SLS، یا اگر در مورد کاهش تنش های داخلی در مدل های فولاد ضد زنگ چاپ سه بعدی SLM سؤالی دارید، لطفاً برای بحث در مورد خرید با ما تماس بگیرید. ما اینجا هستیم تا راه حل ها و پشتیبانی پرینت سه بعدی با کیفیت بالا را به شما ارائه دهیم.
مراجع
- Gu, D., Shen, Y., & Ding, Y. (2012). ذوب لیزری انتخابی فلزات زیست سازگار برای ساخت سریع قطعات پزشکی. بررسی های مواد بین المللی، 57 (3)، 133 - 164.
- Kruth، JP، Leu، MC، & Nakagawa، T. (2007). پیشرفت در تولید مواد افزودنی و نمونه سازی سریع. CIRP Annals - Manufacturing Technology، 56(2)، 525 - 546.
- Yadroitsev، I.، برتراند، P.، & Smurov، I. (2010). تأثیر استراتژی اسکن لیزری بر تنش پسماند در ذوب لیزری انتخابی مجله فناوری پردازش مواد، 210 (12)، 1695 - 1702.
