Как поставщик SLM-моделей из нержавеющей стали, напечатанных на 3D-принтере, я воочию стал свидетелем проблем, связанных с управлением внутренними напряжениями в этих деталях. Селективная лазерная плавка (SLM) — мощная технология, позволяющая создавать сложные и высокопрочные детали из нержавеющей стали. Однако быстрые циклы нагрева и охлаждения в процессе печати часто приводят к развитию внутренних напряжений, которые могут вызвать коробление, растрескивание и снижение механических свойств. В этом блоге я поделюсь некоторыми эффективными стратегиями по уменьшению этих внутренних напряжений в моделях SLM из нержавеющей стали, напечатанных на 3D-принтере.
Понимание источника внутренних напряжений
Прежде чем мы сможем решить проблему внутренних стрессов, важно понять, откуда они берутся. В процессе SLM луч высокоэнергетического лазера плавит тонкий слой порошка нержавеющей стали. Когда лазер движется по слою порошка, расплавленный металл быстро затвердевает. Разница температур между расплавленными и затвердевшими областями создает температурные градиенты, которые, в свою очередь, создают внутренние напряжения.
Эти напряжения можно разделить на два основных типа: остаточные напряжения и термические напряжения. Остаточные напряжения фиксируются в материале после завершения процесса печати, а термические напряжения возникают во время циклов нагрева и охлаждения. Оба типа могут оказать существенное влияние на качество и производительность печатной детали.
Стратегии предварительной печати
Выбор материала
Выбор порошка нержавеющей стали может оказать сильное влияние на уровень внутренних напряжений в печатной детали. Различные марки нержавеющей стали имеют разные термические свойства, например, коэффициенты теплового расширения. Выбор порошка с более низким коэффициентом теплового расширения может помочь снизить термические напряжения, возникающие в процессе печати.
Например, аустенитные нержавеющие стали, такие как 316L, часто используются в SLM из-за их хорошей коррозионной стойкости и относительно низкого теплового расширения. Это делает их менее склонными к деформации и растрескиванию по сравнению с другими сортами.
Оптимизация дизайна
Конструкция детали играет решающую роль в управлении внутренними напряжениями. Сложная геометрия с острыми углами и тонкими стенками с большей вероятностью приведет к возникновению высоких концентраций напряжений. Оптимизируя конструкцию, мы можем уменьшить концентрацию напряжений и улучшить общее качество напечатанной детали.
Один из подходов — использовать закругленные углы вместо острых. Закругленные углы распределяют нагрузку более равномерно, снижая вероятность появления трещин. Кроме того, добавление опорных конструкций может помочь закрепить деталь во время процесса печати и предотвратить деформацию. Однако важно спроектировать эти поддерживающие структуры таким образом, чтобы свести к минимуму их влияние на конечную часть.
Предварительный нагрев рабочей пластины
Предварительный нагрев рабочей пластины — эффективный способ уменьшить температурные градиенты между печатной деталью и рабочей пластиной. Предварительно нагревая рабочую пластину до подходящей температуры, мы можем замедлить скорость охлаждения печатной детали, уменьшив термические напряжения.
Большинство станков SLM позволяют предварительно нагреть рабочую пластину до температуры около 100–200°C. Этот этап предварительного нагрева может значительно улучшить сцепление детали с рабочей пластиной и снизить риск деформации.
В - Стратегии печати
Оптимизация параметров лазера
Параметры лазера, такие как мощность лазера, скорость сканирования и расстояние между штрихами, оказывают прямое влияние на уровень внутреннего напряжения в печатной детали. Оптимизируя эти параметры, мы можем контролировать подвод тепла и скорость охлаждения, тем самым снижая термические напряжения.
Например, увеличение мощности лазера может увеличить глубину плавления и улучшить плотность печатной детали. Однако слишком высокая мощность лазера также может привести к чрезмерному тепловому воздействию и повышенным тепловым напряжениям. С другой стороны, увеличение скорости сканирования может снизить подвод тепла, но также может привести к неполному плавлению. Поэтому поиск правильного баланса параметров лазера имеет решающее значение.
Стратегия сканирования
Стратегия сканирования, используемая в процессе печати, также может повлиять на распределение внутреннего напряжения. Для контроля распределения тепла и уменьшения температурных градиентов можно использовать различные стратегии сканирования, такие как растровое сканирование, островное сканирование и контурное сканирование.
Например, сканирование островов предполагает разделение области сборки на более мелкие острова и сканирование каждого острова отдельно. Это может помочь уменьшить накопление тепла в одной области и минимизировать термические напряжения.
Стратегии пост-печати
Термическая обработка
Термическая обработка — один из наиболее эффективных способов снятия внутренних напряжений в моделях SLM из нержавеющей стали, напечатанных на 3D-принтере. Нагревая печатную деталь до определенной температуры и выдерживая ее в течение определенного периода времени, мы можем позволить материалу расслабиться и уменьшить остаточные напряжения.
Существуют различные виды термической обработки, такие как отжиг, снятие напряжений и обработка раствором. Отжиг предполагает нагрев детали до высокой температуры, а затем медленное ее охлаждение. Этот процесс может улучшить пластичность и снизить твердость материала. С другой стороны, снятие напряжений представляет собой низкотемпературную термообработку, которая в основном используется для уменьшения остаточных напряжений без существенного изменения свойств материала.
Обработка и отделка
После термообработки можно выполнить операции механической обработки и отделки для дальнейшего улучшения качества поверхности и точности размеров напечатанной детали. Механическая обработка также может помочь удалить любые поверхностные дефекты и снизить концентрацию напряжений.
Однако важно отметить, что механическая обработка также может привести к возникновению новых напряжений в детали. Поэтому необходимо использовать соответствующие параметры и методы обработки, чтобы минимизировать влияние на уровень внутреннего напряжения.
Заключение
Снижение внутренних напряжений в моделях SLM из нержавеющей стали, напечатанных на 3D-принтере, — сложная, но достижимая задача. Реализуя комбинацию стратегий предварительной печати, печати и послепечатной обработки, мы можем эффективно управлять уровнями внутреннего напряжения и улучшать качество и производительность напечатанных деталей.
Если вы заинтересованы в нашемSLA 3D-печать для медицинских деталей,Детали модели для 3D-печатиилиНейлоновые детали для 3D-печати SLSили если у вас есть какие-либо вопросы по снижению внутренних напряжений в моделях SLM из нержавеющей стали, напечатанных на 3D-принтере, пожалуйста, свяжитесь с нами для обсуждения закупок. Мы здесь, чтобы предоставить вам высококачественные решения и поддержку для 3D-печати.
Ссылки
- Гу Д., Шен Ю. и Дин Ю. (2012). Селективное лазерное плавление биосовместимых металлов для быстрого изготовления медицинских деталей. Международные обзоры материалов, 57(3), 133–164.
- Крут, Дж. П., Леу, MC, и Накагава, Т. (2007). Прогресс в аддитивном производстве и быстром прототипировании. Анналы CIRP – Производственные технологии, 56 (2), 525–546.
- Ядройцев И., Бертран П. и Смуров И. (2010). Влияние стратегии лазерного сканирования на остаточное напряжение при селективном лазерном плавлении. Журнал технологии обработки материалов, 210 (12), 1695–1702.
