Påvirker partikelstørrelsen af ​​metalpulver trykkvaliteten af ​​forme?

一, Den måde, partikelstørrelsen påvirker udskriftskvaliteten på: synergistisk effekt på mere end én måde
1. Pulveret fordeles jævnt: Pulverlagets tæthed er baseret på partiklernes størrelse.
Det første trin i metal 3D-print er pulverdistribution, og hvor jævn den er, har direkte indflydelse på formens oprindelige kvalitet. Pulverpartikler, der er små (mindre end 15 μm), har en tendens til at hænge sammen, fordi de har meget overfladeenergi. Dette kan forårsage hulrum eller klumper i pulverlaget. På den anden side, hvis partiklerne er for store (mere end 53 μm), kan de flyde godt, men begrænser minimumslagtykkelsen, hvilket gør det svært at lave fine funktioner som tynde-væggede strukturer. For eksempel, når der anvendes 316L rustfrit stålpulver med partikler, der er 15 til 45 μm i størrelse i SLM-processen, kan tykkelsen af ​​pulverlaget holdes mellem 30 og 50 μm, og pulverlagets tæthed kan nå 99,2 %. Men da partikelstørrelsen går over dette interval, stiger porøsiteten meget.
Rimeligheden af ​​fordelingen af ​​partikelstørrelser er lige så vigtig. Brug af en bimodal fordeling (blanding af grove og fine partikler) hjælper med at forbedre pulverpakningsdensiteten. Fine partikler fylder mellemrummene mellem grove partikler, hvilket øger den løse pakningstæthed med 10% til 15%. Dette reducerer interne fejl i formen. Ved at forbedre partikelstørrelsesforholdet for Ti6Al4V-pulver (D50=35 μm, D90=50 μm), øgede et specifikt luftfartsselskab tætheden af ​​turbinebladsforme fra 98,5 % til 99,7 % og træthedslevetiden med 20 %.
2. Pool stabilitet: en balance mellem partikelstørrelse og energiabsorption, der ændrer sig over tid
Den smeltede pool er hoveddelen, hvor metalpulver smelter, og dets stabilitet afhænger af, hvor godt pulveret absorberer laser/elektronstråleenergi. små partikler har et stort specifikt overfladeareal og en hurtig varmeabsorptionshastighed. Men pulvere, der er for små (som<10 μ m) can splash because to thermal stress concentration, which can cause porosity or incomplete fusing flaws. To thoroughly melt coarse particles, you need more energy, and not enough energy can make the layers stick together poorly. For instance, when printing with AlSi10Mg aluminum alloy, powders with a particle size of 20–50 μ m may make a stable melt pool at a laser power of 200W. However, when the particle size is>60 μm går frekvensen af ​​partielle fusionsdefekter op til 15 %.
Ujævn partikelstørrelsesfordeling kan også forårsage uligheder i varmeledning i visse områder, hvilket kan bidrage til restspændingskoncentration. En undersøgelse viste, at brug af Inconel 718-pulver med en bred partikelstørrelsesfordeling (10-100 μm) til at printe forme øger den resterende spænding med 30 % sammenlignet med en begrænset fordeling (20-50 μm). Dette gør risikoen for vridning deformation meget højere.
3. Overfladekvalitet og nøjagtighed: direkte kontrol af partikelstørrelse på ruhed
Formens overfladeruhed er en god måde at fortælle, hvor godt udskrivningen går, fordi den er direkte proportional med størrelsen af ​​pulverpartiklerne. Jo mindre partikler, jo glattere overflade. Men hvis pulveret er for fint, flyder det ikke godt og kan forårsage ujævn pulverspredning, hvilket gør overfladen mere ru. For eksempel, hvis du bruger 316L pulvertrykforme med en D50 på 25 μm, kan du holde overfladeruheden Ra inden for 8 μm. Men bruger man pulver med en D50 på 15 μm, vil Ra-værdien være over 15 μm, fordi partiklerne klæber sammen.
Når du vælger størrelsen af ​​partiklerne til komplekse strukturelle forme (sådanne konforme kølekanaler), skal du finde et kompromis mellem nøjagtighed og brugervenlighed. En virksomhed, der laver forme til biler, var i stand til at lave nøjagtige former med en minimumsåbning på 0,5 mm ved at bruge martensitisk ældet stålpulver med en partikelstørrelse på 30-60 μm. De sørgede også for, at ruheden Ra af vandvejens indervæg var mindre end eller lig med 10 μm.
2, Partikelstørrelse tilpasning af fælles processer: forskellige behov for SLM og EBM
1. SLM-proces: en kombination af lille partikelstørrelse og høj nøjagtighed
SLM-teknikken bruger en laser som energikilde, og diameteren af ​​den koncentrerede plet er normalt mellem 50 og 100 μm. Så du skal vælge et fint-kornet pulver (15-53 μm), der passer til stedets størrelse. Fine partikler kan hurtigt absorbere laserenergi og skabe en homogen smeltepool, men mængden af ​​ilt skal holdes under 150 ppm for at undgå oxidindeslutninger. Når man for eksempel fremstiller forme til ortopædiske implantater af titanlegering, kan TC4-pulver med en partikelstørrelse på 20-45 μm og et oxygenniveau på 80 ppm opfylde de høje-præcisionsstandarder for blændetolerance ± 0,02 mm og overfladeruhed Ra < 5 μm.
2. EBM-processen: find et kompromis mellem stor partikelstørrelse og høj effektivitet.
EBM-metoden bruger en elektronstråle som sin energikilde. Dens energitæthedsfordelingsegenskaber er bedre til at smelte grove partikler (53-150 μm). Grove partikler kan sænke antallet af pulverlag, gøre udskrivning hurtigere og sænke restbelastningen. Når en bestemt luftfartsmotorvirksomhed bruger EBM til at fremstille nikkel-baserede høj-temperaturlegeringer til turbineskiveforme, vælger den pulver med partikler, der er 60 til 105 μm store. Vridningsdeformationen holdes inden for 0,1 mm ved en forvarmningstemperatur på 700 grader, og udskrivningshastigheden er tre gange hurtigere end SLM.
3. LENS-proces: matcher størrelsen af ​​partiklerne og stabiliteten af ​​pulverfodringen
LENS-teknikken (Laser Near Clean Forming) bruger en koaksial pulverfremføringsmetode. For at sikre, at pulverfodringen er stabil, skal der vælges groft pulver med en partikelstørrelse på 105 til 180 μm. Grove partikler kan hjælpe med at forhindre, at pulvertilførselsrøret bliver tilstoppet, men scanningshastigheden (600-1000 mm/s) skal indstilles til det rigtige niveau for at undgå ufuldstændige fusionsfejl. Et specifikt firma til reparation af forme brugte LENS-teknologi til at reparere-støbeforme ved at bruge H13-stålpulver med partikler, der var 120-150 μm store. Med en lasereffekt på 1000W og en scanningshastighed på 800 mm/s blev den metallurgiske bindingsstyrke mellem reparationslaget og substratet fundet at være mindst 400 MPa.
3, Strategi til optimering af partikelstørrelse: fuldstændig kontrol over processen fra forberedelse til efter-behandling
1. Pulverforberedelse: valg mellem aerosolisering og PREP-teknologi
Gasforstøvning (GA) er nu den mest almindelige måde at fremstille pulver på, da det er billigt og fungerer godt. Den laver dog ofte satellitpulver (små partikler, der klæber til overfladen af ​​større partikler) og hult pulver, hvilket sænker kvaliteten af ​​udskrivningen. Plasma roterende elektrodeforstøvningsprocessen (PREP) kan fremstille pulvere af høj-kvalitet med en sfæricitet på mere end 98 % og et satellitpulverindhold på mindre end 0,5 % ved at smelte metal med høj-roterende elektroder. Udstyret er dog dyrt. En high--formproducent har forbedret træthedslevetiden for 316L pulver fremstillet ved hjælp af PREP-processen fra 100.000 cyklusser til 500.000 cyklusser.
2. Screening efter partikelstørrelse: to-screening og gradationsoptimering
To-screening (såsom 30 μm og 53 μm sigter) kan bruges til at få pulver med en snæver partikelstørrelsesfordeling. Dette stopper ujævn pulverspredning, der sker, når grove og små partikler blandes sammen. Ved at kombinere pulvere med forskellige partikelstørrelser kan du forbedre graderingen ved at øge bulkdensiteten. Blanding af 20% af 10-20 μm fint pulver med 80% af 30-50 μm groft pulver kan f.eks. hæve rumvægten fra 4,2g/cm³ til 4,8g/cm³.
3. Efter behandling: varm isostatisk presning og polering af overfladen
Varm isostatisk presning (HIP) kan fylde hullerne i forme og hæve densiteten til mere end 99,9%. Ifølge en undersøgelse er træthedsstyrken af ​​Ti6Al4V-forme, der er blevet behandlet med HIP, 40 % højere end for skimmelsvampe, der ikke er blevet behandlet. Polering af overfladen kan gøre den endnu glattere. For eksempel kan elektrolytisk poleringsteknologi sænke formens overfladeruhed fra Ra10 μm til Ra0,2 μm, hvilket er godt nok til high-optiske forme og andre formål.