จะลดความเค้นภายในในโมเดลสแตนเลสที่พิมพ์ด้วยเทคโนโลยี SLM 3D ได้อย่างไร?

ในฐานะซัพพลายเออร์โมเดลสเตนเลสสตีลที่พิมพ์ด้วย SLM 3D ฉันได้เห็นความท้าทายที่มาพร้อมกับการจัดการความเครียดภายในชิ้นส่วนเหล่านี้โดยตรง Selective Laser Melting (SLM) เป็นเทคโนโลยีอันทรงพลังที่ช่วยให้สามารถสร้างส่วนประกอบสแตนเลสที่มีความแข็งแรงสูงและซับซ้อนได้ อย่างไรก็ตาม วงจรการให้ความร้อนและความเย็นอย่างรวดเร็วในระหว่างกระบวนการพิมพ์มักจะนำไปสู่การพัฒนาของความเครียดภายใน ซึ่งอาจทำให้เกิดการบิดงอ การแตกร้าว และลดคุณสมบัติทางกลได้ ในบล็อกนี้ ฉันจะแบ่งปันกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพในการลดความเครียดภายในในโมเดลสเตนเลสสตีลที่พิมพ์ด้วย SLM 3D

ทำความเข้าใจที่มาของความเครียดภายใน

ก่อนที่เราจะสามารถจัดการกับปัญหาความเครียดภายในได้ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าความเครียดเหล่านี้มาจากไหน ในระหว่างกระบวนการ SLM ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงจะละลายผงสเตนเลสชั้นบาง ๆ ขณะที่เลเซอร์เคลื่อนที่ผ่านเตียงผง โลหะหลอมเหลวจะแข็งตัวอย่างรวดเร็ว ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างบริเวณที่หลอมละลายและบริเวณที่แข็งตัวจะทำให้เกิดการไล่ระดับความร้อน ซึ่งในทางกลับกันจะทำให้เกิดความเครียดภายใน

ความเค้นเหล่านี้สามารถแบ่งได้เป็นสองประเภทหลัก: ความเค้นตกค้างและความเครียดจากความร้อน ความเค้นตกค้างจะถูกล็อคเข้าไปในวัสดุหลังจากกระบวนการพิมพ์เสร็จสิ้น ในขณะที่ความเค้นจากความร้อนเกิดขึ้นในระหว่างรอบการทำความร้อนและความเย็น ทั้งสองประเภทอาจมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพและประสิทธิภาพของชิ้นส่วนที่พิมพ์

กลยุทธ์ก่อนการพิมพ์

การเลือกใช้วัสดุ

การเลือกใช้ผงสแตนเลสสามารถมีผลกระทบอย่างมากต่อระดับความเค้นภายในของชิ้นงานที่พิมพ์ สแตนเลสเกรดต่างๆ มีคุณสมบัติทางความร้อนที่แตกต่างกัน เช่น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน การเลือกผงที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำสามารถช่วยลดความเครียดจากความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการพิมพ์ได้

ตัวอย่างเช่น สเตนเลสออสเทนนิติก เช่น 316L มักใช้ใน SLM เนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและการขยายตัวทางความร้อนค่อนข้างต่ำ ทำให้มีโอกาสเกิดการบิดเบี้ยวและการแตกร้าวน้อยลงเมื่อเทียบกับเกรดอื่นๆ

การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ

การออกแบบชิ้นส่วนมีบทบาทสำคัญในการจัดการความเครียดภายใน รูปทรงที่ซับซ้อนซึ่งมีมุมแหลมคมและผนังบางมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดความเข้มข้นของความเค้นสูง ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ เราสามารถลดความเข้มข้นของความเครียดเหล่านี้ และปรับปรุงคุณภาพโดยรวมของชิ้นส่วนที่พิมพ์ได้

วิธีหนึ่งคือการใช้มุมโค้งมนแทนมุมแหลม มุมโค้งมนจะกระจายแรงเค้นให้เท่าๆ กัน ลดโอกาสที่จะเกิดการแตกร้าว นอกจากนี้ การเพิ่มโครงสร้างรองรับสามารถช่วยยึดชิ้นส่วนระหว่างกระบวนการพิมพ์และป้องกันการบิดงอได้ อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องออกแบบโครงสร้างรองรับเหล่านี้ในลักษณะที่จะลดผลกระทบต่อส่วนสุดท้ายให้เหลือน้อยที่สุด

การอุ่นแผ่นงานเบื้องต้น

การทำความร้อนเพลตฐานพิมพ์ล่วงหน้าเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดความลาดชันของความร้อนระหว่างส่วนที่พิมพ์กับฐานรองพิมพ์ ด้วยการทำความร้อนแผ่นฐานพิมพ์ล่วงหน้าให้มีอุณหภูมิที่เหมาะสม เราจะสามารถชะลออัตราการเย็นตัวของชิ้นส่วนที่พิมพ์ได้ และลดความเครียดจากความร้อน

เครื่องจักร SLM ส่วนใหญ่ยอมให้ฐานรองพิมพ์ได้รับความร้อนล่วงหน้าจนถึงอุณหภูมิประมาณ 100 - 200°C ขั้นตอนการทำความร้อนล่วงหน้านี้สามารถปรับปรุงการยึดเกาะของชิ้นส่วนกับฐานรองพิมพ์ได้อย่างมาก และลดความเสี่ยงของการบิดเบี้ยว

ใน - กลยุทธ์การพิมพ์

การเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์เลเซอร์

พารามิเตอร์เลเซอร์ เช่น กำลังเลเซอร์ ความเร็วในการสแกน และระยะห่างของฟัก มีผลกระทบโดยตรงต่อระดับความเค้นภายในของชิ้นส่วนที่พิมพ์ ด้วยการปรับพารามิเตอร์เหล่านี้ให้เหมาะสม เราจึงสามารถควบคุมอินพุตความร้อนและอัตราการทำความเย็นได้ ซึ่งช่วยลดความเครียดจากความร้อนได้

ตัวอย่างเช่น การเพิ่มกำลังเลเซอร์สามารถเพิ่มความลึกของการหลอมเหลว และปรับปรุงความหนาแน่นของชิ้นส่วนที่พิมพ์ได้ อย่างไรก็ตาม พลังงานเลเซอร์ที่สูงเกินไปอาจทำให้เกิดความร้อนที่มากเกินไปและความเครียดจากความร้อนที่เพิ่มขึ้นได้ ในทางกลับกัน การเพิ่มความเร็วในการสแกนสามารถลดความร้อนที่ป้อนเข้าไปได้ แต่ก็อาจส่งผลให้การหลอมละลายไม่สมบูรณ์เช่นกัน ดังนั้นการค้นหาสมดุลที่เหมาะสมของพารามิเตอร์เลเซอร์จึงเป็นสิ่งสำคัญ

กลยุทธ์การสแกน

วิธีการสแกนที่ใช้ในระหว่างกระบวนการพิมพ์อาจส่งผลต่อการกระจายแรงเค้นภายในด้วย สามารถใช้กลยุทธ์การสแกนต่างๆ เช่น การสแกนแรสเตอร์ การสแกนเกาะ และการสแกนรูปร่าง เพื่อควบคุมการกระจายความร้อนและลดการไล่ระดับความร้อน

ตัวอย่างเช่น การสแกนเกาะเกี่ยวข้องกับการแบ่งพื้นที่สร้างออกเป็นเกาะเล็กๆ และการสแกนแต่ละเกาะแยกกัน ซึ่งจะช่วยลดการสะสมความร้อนในพื้นที่เดียวและลดความเครียดจากความร้อนได้

โพสต์ - กลยุทธ์การพิมพ์

การรักษาความร้อน

การอบชุบด้วยความร้อนเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดวิธีหนึ่งในการบรรเทาความเครียดภายในในรุ่นสเตนเลสสตีลที่พิมพ์ด้วย SLM 3D ด้วยการให้ความร้อนส่วนที่พิมพ์จนถึงอุณหภูมิที่กำหนดและค้างไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง เราสามารถปล่อยให้วัสดุผ่อนคลายและลดความเค้นตกค้างได้

การอบชุบด้วยความร้อนมีหลายประเภท เช่น การอบอ่อน การบรรเทาความเครียด และการบำบัดด้วยสารละลาย การหลอมเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วนที่อุณหภูมิสูงแล้วค่อย ๆ ทำให้เย็นลง กระบวนการนี้สามารถปรับปรุงความเหนียวและลดความแข็งของวัสดุได้ ในทางกลับกัน การบรรเทาความเครียดคือการอบชุบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิต่ำกว่าซึ่งส่วนใหญ่ใช้เพื่อลดความเค้นตกค้างโดยไม่เปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุอย่างมีนัยสำคัญ

การตัดเฉือนและการตกแต่ง

หลังจากการอบชุบด้วยความร้อน สามารถดำเนินการตัดเฉือนและตกแต่งขั้นสุดท้ายได้ เพื่อปรับปรุงคุณภาพพื้นผิวและความแม่นยำของมิติของชิ้นส่วนที่พิมพ์ การตัดเฉือนยังสามารถช่วยขจัดข้อบกพร่องที่พื้นผิวและลดความเข้มข้นของความเค้นได้

อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ควรทราบก็คือ การตัดเฉือนยังสามารถทำให้เกิดความเค้นใหม่ๆ ให้กับชิ้นส่วนได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้พารามิเตอร์และเทคนิคการตัดเฉือนที่เหมาะสมเพื่อลดผลกระทบต่อระดับความเค้นภายในให้เหลือน้อยที่สุด

บทสรุป

การลดความเครียดภายในในรุ่นสแตนเลสที่พิมพ์ด้วย SLM 3D นั้นเป็นงานที่ซับซ้อนแต่สามารถทำได้ ด้วยการผสมผสานระหว่างกลยุทธ์ก่อนการพิมพ์ ในการพิมพ์ และหลังการพิมพ์ เราสามารถจัดการระดับความเครียดภายในได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพของชิ้นส่วนที่พิมพ์

หากคุณสนใจของเราการพิมพ์ SLA 3D สำหรับชิ้นส่วนทางการแพทย์,ชิ้นส่วนโมเดลการพิมพ์ 3 มิติหรือชิ้นส่วนการพิมพ์ 3D ไนลอน SLSหรือหากคุณมีคำถามใดๆ เกี่ยวกับการลดความเครียดภายในในรุ่นสแตนเลสที่พิมพ์ด้วย SLM 3D โปรดติดต่อเราเพื่อขอหารือเกี่ยวกับการจัดซื้อจัดจ้าง เราพร้อมมอบโซลูชันและการสนับสนุนการพิมพ์ 3 มิติคุณภาพสูงให้กับคุณ

อ้างอิง

• Gu, D., Shen, Y. และ Ding, Y. (2012) การหลอมโลหะที่เข้ากันได้ทางชีวภาพด้วยเลเซอร์แบบเลือกสรรเพื่อการผลิตชิ้นส่วนทางการแพทย์อย่างรวดเร็ว บทวิจารณ์วัสดุระหว่างประเทศ, 57(3), 133 - 164
• Kruth, JP, Leu, MC, และ Nakagawa, T. (2007) ความก้าวหน้าในการผลิตแบบเติมเนื้อและการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว พงศาวดาร CIRP - เทคโนโลยีการผลิต, 56(2), 525 - 546
• Yadroitsev, I., Bertrand, P., & Smurov, I. (2010) อิทธิพลของกลยุทธ์การสแกนด้วยเลเซอร์ต่อความเค้นตกค้างในการหลอมเหลวด้วยเลเซอร์แบบเลือกสรร วารสารเทคโนโลยีการแปรรูปวัสดุ, 210(12), 1695 - 1702.