С 9:00 до 18:00 по будням
Главная \ О компании \ Статьи \ Основные проблемы 3D-печати металлом по технологии SLM (Селективного лазерного плавления)

Основные проблемы 3D-печати металлом по технологии SLM (Селективного лазерного плавления)

За последние годы 3D-печать металлом по технологии селективного лазерного плавления (SLM) существенно заявила о себе, все больше предприятий осваивают технологию и применяют ее в своих разработках. Как у любой технологии производства, помимо преимуществ, таких как скорость получения заготовок и производство сложных элементов, существует и ряд проблем, которые требуется решать в процессе 3D-печати металлом. В данной статье будут рассмотрены основные проблемы, с которыми сталкиваются при 3D-печати металлом по технологии SLM и способы их решения.

 

Проблемы при 3D-печати металлом по технологии SLM

  1. Пористость

Металлические детали, напечатанные на 3D-принтере, часто имеют повышенную пористость, которая возникает во время печати. Эти поры снижают усталостные характеристики и механические свойства получаемых изделий, поскольку они действуют как концентраторы напряжений, что приводит к снижению пластичности. Как правило, основными причинами появления высокой пористости в 3D-печатных металлических деталях являются процесс 3D-печати, либо металлический порошок.

При распылении порошка внутри частиц могут образоваться газовые поры, которые при использовании такого порошка остаются в выращиваемой детали. Но наиболее распространенным источником образования пор является процесс 3D-печати. При плавлении порошка под воздействием слишком высокой плотности энергии происходит чрезмерное испарение материала и образование брызг, что приводит к появлению пор с формой замочной скважины. С другой стороны, при недостаточной плотности энергии металлический порошок не плавится нужным образом, и появляются нерасплавленные участки.

пористость

Как уменьшить пористость металлических деталей

Существует несколько способов снизить пористость при 3D-печати металлических деталей:

- Проводить входной контроль металлических порошков, используемых в работе;

- Покупать сырье у проверенных поставщиков и производителей;

- Пористость, возникающая в процессе 3D-печати может быть устранена или уменьшена путем подбора оптимальных режимов работы лазера (скорость, мощность лазера, расстояние между треками и т.д.);

-  Пористость может быть снижена с помощью методов последующей обработки, таких как горячее изостатическое прессование (ГИП).

 

  1. Плотность

Пористость детали напрямую оказывает влияние на плотность детали. В настоящее время подобранные режимы на оборудовании SLM позволяет достичь плотности более 99% у выращенных деталей.

плотность

Как увеличить плотность деталей

На плотность деталей оказывает влияние распределение частиц в металлическом порошке, их форма и размер. Сферические частицы улучшают текучесть порошка и более плотно могут компоноваться. Широкий гранулометрический состав позволяет плотнее скомпоновать частицы. При хорошей текучести порошка формируется равномерный слой. Чем плотнее слой металлического порошка, тем плотнее выращенная деталь. Поэтому необходимо использовать оптимизированные металлические порошки.

 

  1. Остаточное напряжение

Во время процесса SLM из-за разницы температур между слоями, которые испытывают тепловое воздействие от лазерного излучения, и теми частями изделия, которые этому воздействию уже не подвергаются, развиваются в изделии остаточные напряжения. Этот механизм может привести к образованию трещин и расслаиванию деталей.

остаточное напряжение

Снижение остаточного напряжения

Проблема остаточных напряжений, способных разрушить деталь, решается следующими способами:

- Использование поддерживающих структур для быстрого и эффективного отвода тепла;

- Оптимальная ориентация деталей в камере построения для уменьшения площади сплавляемых сечений;

- Подогрев платформы построения. На современном оборудовании, например, SLM 280 HL платформа построения подогревается до 200 0С, что снижает температурный градиент и уменьшает остаточные напряжения;

- Проведение термообработки для снятия внутренних напряжений. Выращенные детали, закрепленные поддерживающими структурами на платформе построения, помещаются в печь и выдерживаются согласно режимам;

- Использование «шахматной» стратегии лазерного сканирования. Данная стратегия работает путем разделения сканируемой области на квадраты заданного размера, что позволяет уменьшить размер сканируемых сечений и уменьшить длину вектора сканирования. Эта стратегия доступна в программном обеспечении процессов для современных металлических 3D-принтеров. 

 

шахматное сканирование

  1. Растрескивание и коробление

Остаточные напряжения может приводить к растрескиванию деталей и их деформации. При остывании детали происходит сжатие, вследствие чего края детали скручиваются и деформируются. При этом процессе возможен отрыв детали от поддерживающих структур или деформация платформы построения, что чаще всего приводит к остановке процесса печати.

Если внутренние напряжения превышают прочность детали, образуются трещины.

коробление

Решение проблем с растрескиванием и короблением

Существует несколько способов решения проблем с растрескиванием и короблением при селективном лазерном плавлении:

- Подогрев платформы построения. На современном оборудовании, например, SLM 280 HL платформа построения подогревается до 200 0С, что снижает температурный градиент и уменьшает остаточные напряжения;

- Проведение термообработки для снятия внутренних напряжений. Выращенные детали, закрепленные поддерживающими структурами на платформе построения, помещаются в печь и выдерживаются согласно режимам;

- Правильно разместить поддерживающие структуры, в нужном количестве и в правильных местах.

 

  1. Постобработка и шероховатость поверхности

Как правило, металлические детали после выращивания должны пройти некоторую постобработку: удаление порошка, термообработку, удаление поддерживающих структур, финишную обработку. Наибольшую проблему представляет процесс удаления поддерживающих структур, так как поддержки удаляются вручную и на детали могут быть области со сложным доступом для удаления поддержек. Для преодоления данной проблемы детали перед печатью подвергаются оптимизации конструкции, чтобы избежать лишнего объема поддерживающих структур.

Другой проблемой является шероховатость поверхности. У выращиваемых деталей боковая поверхность обычно имеет шероховатость Ra10-12. Для улучшения показателей используется пескоструйная обработка, шлифовка и полировка.

 

Выводы

Процесс 3D-печати металлами по технологии SLM имеет ряд проблем, которые можно избежать, обладая значительными знаниями о процессе и опытом. Каждая деталь имеет свои уникальные особенности, и для преодоления каких-то проблем и успешного построения может потребоваться несколько запусков.

 

Если у Вас остались вопросы, требуется консультация или требуется 3D-печать металлом, пишите на project@rt-ecat.ru или звоните по телефону 8 929 684 06 85.

Остались вопросы?
Заполните форму и наш специалист свяжется с Вами!
О компании 

 ООО «ИЦ АТ»   создано в январе 2018 г. в качестве центра координации, создания, подбора и адаптации решений по использованию 3D-технологий на предприятиях в разных областях промышленности.

Адрес:
Москва, ул. Горбунова, д.2, стр.2
С 9:00 до 18:00 по будням