Да ли постоји значајна разлика у прецизности 3Д штампања између различитих металних материјала?

1. Својства материјала: физичке и хемијске карактеристике које утичу на могућност тачности
Прецизност 3Д штампе са металним материјалима је углавном последица интеракције између термодинамичког понашања материјала током процеса топљења и очвршћавања и управљања процесом. Промене у својствима следећа четири уобичајена материјала директно утичу на то колико су њихови отисци тачни:
Легура титанијума (као ТЦ4/Ти-6Ал-4В)
Легуре титанијума су јаке, лагане и отпорне на рђу, али се могу тачно штампати само из два главна разлога:
Висока стопа термичког скупљања: ТЦ4 има коефицијент линеарне експанзије од 8,6 × 10 ⁻⁶/ степен, што значи да може лако да изазове заостало напрезање када се брзо охлади, што може проузроковати да се делови искриве и промене облик. На пример, ако не користите вруће изостатичко пресовање (ХИП) након штампања калупа за сечиво авионског мотора, димензије могу бити мање за чак ± 0,3 мм. Након ХИП обраде, димензије се могу смањити за само ± 0,05 мм.
Ниска стопа апсорпције ласера: легура титанијума може да рефлектује до 60% ласерске светлости, тако да јој је потребна велика густина енергије (обично > 100В/мм²) да би се равномерно топила. Међутим, превише енергије може створити прскање и променити храпавост површине. Можете смањити храпавост површине са Ра25 μм на Ра10 μм променом технике скенирања (као што се користи скенирање шаховске табле).
Нерђајући челик 316Л је један пример.
Нерђајући челик има велики процесни прозор и није много осетљив на топлотне пукотине, што га чини бољим за штампање:
Стабилан широки топљени базен: 316Л се топи на 1375 степени, а постојан базен се може направити са снагом ласера ​​од 50 до 200В и прецизношћу димензија ± 0,05 мм. Компанија која производи медицинске уређаје користила је СЛМ технологију за штампање коштаних плоча са толеранцијом отвора од ± 0,02 мм, што је испуњавало услове за склапање ортопедских имплантата.
Уједначеност у организацији: аустенитна природа 316Л чини мању вероватноћу да ће се одвојити током процеса штампања. Када се користи са третманом чврстим раствором (изолација на 1050 степени у трајању од 1 сата и гашење водом), могу се поправити грешке међуслојног везивања, што повећава век трајања замора за 30%.
Легура алуминијума, као што је АлСи10Мг
Највећи проблем са штампањем легуре алуминијума је то што има високу топлотну проводљивост и склона је пуцању када се загреје.
Пукотине се формирају када се нешто брзо охлади: АлСи10Мг има топлотну проводљивост од 150В/(м · К), а базен растопљеног материјала може да се охлади брзином од 10⁶ степени/с, што олакшава стварање врућих ломова на границама зрна. Додавање 0,5% Сц елемента може учинити величину зрна мањом од 1 μм, што смањује стопу пуцања са 15% на 0,5%.
Ефекат површинског оксидног филма: Алуминијумска површина ће вероватно створити дебео оксидни филм (Ал ₂ О3), због чега прах не тече добро и значи да штампање треба да се обави са заштитом од инертног гаса у вакууму. Након побољшања система за циркулацију гаса, храпавост површине носача акумулатора новог енергетског возила порасла је са Ра50 μм на Ра15 μм.
Високотемпературне легуре{1} на бази никла, као што је Инцонел 718
Изазов -легура на високим температурама је контрола микроструктуре на веома високим температурама:
Тенденција раста стубастог кристала: Током штампања, Инцонел 718 има тенденцију да генерише стубасте кристале који се развијају у правцу конструкције. Ово чини материјал анизотропним. Промена брзине скенирања (600–1000 мм/с) и дебљине слоја (30–50 μм) може довести до повећања величине зрна са 500 μм на 100 μм, што повећава затезну чврстоћу за 15%.
Осетљивост на микропукотине: Фаза (Ни ∝ (Ал, Ти)) ће вероватно формирати неравне наслаге када се брзо охлади, што може изазвати микропукотине. Више од 90% микропукотина се може уклонити коришћењем степеноване топлотне обраде (изолација од 720 степени током 8 сати, након чега следи хлађење ваздухом и изолација од 620 степени током 8 сати).
2. Прилагодљивост процеса: Избор пута за прецизну имплементацију
Прецизност 3Д штампања метала зависи и од материјала и од тога колико се тип процеса подудара. Следећа четири уобичајена процеса имају прилично различите нивое тачности:
Ласерско селективно топљење (СЛМ) Предност прецизности: Пречник ласерске мрље СЛМ-а може бити мален и до 50 μм, дебљина слоја може бити између 20 и 60 μм, прецизност димензија може бити до ± 0,05 мм, а храпавост површине Ра може бити чак 10 μм. Ваздухопловна компанија је користила СЛМ за штампање лопатица турбине, пазећи да толеранција профила лопатице буде унутар ± 0,03 мм, што је оно што је потребно да би авионски мотори могли да се саставе.
Ограничења материјала: Да би материјали са високом рефлексијом (као што је бакар) апсорбовали више, потребно је да користите зелени ласер (532 нм) или плави ласер (450 нм). Међутим, цена опреме расте за 30% до 50%.
Топљење електронских зрака (ЕБМ) Карактеристике тачности: ЕБМ ради у вакууму са великом густином енергије у електронском снопу (до 10 ⁴ В/мм²), што га чини добрим за штампање материјала са високим тачкама топљења, укључујући легуре титанијума. Одређени произвођач ортопедских имплантата користио је ЕБМ за штампање чашица за зглоб кука. Храпавост површине била је Ра мања или једнака 8 μм, није било оксидног слоја, а чаше су биле биокомпатибилније од оних направљених традиционалним методама.
Контрола термичког напрезања: ЕБМ може да загреје делове до 700 степени Целзијуса, што може смањити заостали напон и савијање за 80%.
Усмерено таложење енергије (ДЕД) има пречник млазнице од 0,8 до 2 мм, дебљину слоја од 0,5 до 2 мм, прецизност димензија ± 0,5 мм и храпавост површине од Ра20 до 100 μм. Одређена компанија за авио-машине користила је ДЕД да поправи турбински диск. Слој за поправку и подлога су спојени заједно са металуршком чврстоћом од 400МПа, што испуњава захтеве сервиса.
Предност ефикасности: ДЕД има брзину седиментације од 200 цм³/х, што је више од 10 пута више од СЛМ. То га чини добрим за фиксирање или преформирање огромних комада.
Лепак у спреју (БЈ)
Потенцијал за прецизност: БЈ има тачност димензија ± 0,1 мм и храпавост површине Ра20-60 μм. Међутим, потребно га је одмастити (400-600 степени) и синтеровати (1200-1300 степени) након третмана, што доводи до његовог скупљања за 15% до 20%. Одређена ауто-компанија користи БЈ штампане калупе, а након што се заврше, величина остаје стабилна унутар ± 0,05 мм, што је потребно за масовну производњу.
Предност у погледу цене: БЈ-ов појединачни комад кошта 60% до 70% мање од СЛМ-а, што га чини добрим за ситуације у којима је потребна средња прецизност и велики обим.
3. Типичан пример: практична примена верификације одступања у тачности
Оштрице од легуре титанијума за авионске моторе Штампање помоћу СЛМ
Једна авио компанија је користила СЛМ технологију да направи ТЦ4 сечива од легуре титанијума. Побољшањем техника скенирања (попут спиралног скенирања) и потпорних структура (попут решеткастог носача), толеранција профила сечива је отишла од ± 0,1 мм до ± 0,03 мм, а храпавост површине од Ра25 μм до Ра8 μм. Ово је учинило мотор 2% ефикаснијим.
Нерђајући челик 316Л се користи за имплантацију медицинских уређаја. СЛМ штампање
Ортопедска компанија је користила СЛМ за штампање плоча од нерђајућег челика 316Л. Толеранција отвора је постављена на ± 0,02 мм, а након електролитичког полирања, храпавост површине Ра < 0,8 μм је задовољила медицински стандард ИСО 13485, скраћујући време потребно за интеграцију кости за 30%.
Батерија за ново енергетско возило: АлСи10Мг Штампано са СЛМ
Фирма за нова енергетска возила користи СЛМ штампане носаче за батерију да промени величину зрна додавањем 0,5% Сц елемента, што смањује стопу врућег лома са 15% на 0,5%. Чврстоћа носача се повећава за 25%, а његова тежина се смањује за 30% када се топлотно-третира са Т6 (530 степени чврстог раствора + 170 степена старења).