1. Introduktion til 3D-printning af metal og kontrol af restspænding

3D-printteknologi til metal har gennemgået en hurtig udvikling i de senere år og anvendes nu i vid udstrækning i kritiske industrier såsom luftfart, bilproduktion og medicinsk udstyr. Dens kernefordele omfatter letvægtsdeldesign og tilpasset produktion, hvilket imødekommer begrænsningerne ved traditionelle fremstillingsmetoder. Imidlertid kan flere nøgleproblemer i 3D-printprocessen påvirke den endelige delkvalitet, især restspænding, delpositionering, design af støttestrukturer og deloptimering. Denne artikel undersøger mekanismen for generering af restspænding i 3D-print til metal og de tilsvarende kontrolstrategier.

2. Mekanisme for generering af reststress

Restspænding er et uundgåeligt biprodukt af den hurtige opvarmning og afkøling, der opstår under 3D-printning af metal, især i processer som Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Hvert nyt lag af materiale er opbygget som følger: den fokuserede laser bevæger sig hen over pulverlejet, smelter overfladelaget og skaber en metallurgisk binding med det underliggende lag. Varmen fra smeltebassinet ledes hurtigt ned til det faste metal nedenunder, hvilket får det smeltede metal til at afkøles og størkne i løbet af mikrosekunder.

Under denne proces krymper det nydannede metallag, når det afkøles og størkner. Denne krympning begrænses dog af den faste struktur nedenunder, hvilket fører til betydelige forskydningsspændinger mellem lagene. Specifikt, når laseren smelter metallet oven på et fast substrat, får den kontinuerlige smeltning og varmeledning det afkølende metal til at krympe, hvilket genererer forskydningsspændinger mellem det nye metallag og det underliggende lag.

3. Konsekvenser af reststress

Restspændinger kan have ødelæggende virkninger på kvaliteten af ​​de trykte dele. Efterhånden som antallet af lag stiger, akkumuleres spændinger, hvilket kan føre til følgende problemer:

• DeldeformationAkkumuleret spænding kan forårsage vridning af kanterne af delen, hvilket kan føre til svigt af støttestrukturen.
• BundpladeseparationHvis delen har et stort kontaktområde med bundpladen, kan delens kanter løsne sig fra basen.
• Strukturelle revnerNår spændingen overstiger materialets styrkegrænser, kan der forekomme katastrofale revner eller vridninger af komponenten eller bundpladen.

Disse problemer er særligt mærkbare i dele med store tværsnit, da den større grænseflade øger den afstand, over hvilken forskydningsspændinger virker, hvilket intensiverer deformationen af ​​delen eller bundpladen.

4. Strategier til kontrol af reststress

1. Strukturel optimering i design

Restspænding bør tages i betragtning i produktdesignfasen for at minimere spændingsakkumulering. Designoptimeringer omfatter:

• Brug af rationelle støttestrukturerSørg for, at støttestrukturer er strategisk placeret for at afbalancere stresset.
• Optimering af delorienteringJuster delens retning for at reducere stresskoncentrationen under udskrivning.
• Undgå pludselige ændringer i tværsnittetDesign dele med gradvise ændringer i tværsnit for at undgå spændingskoncentration.

2. Optimering af procesparametre

• Valg af substrattykkelseValg af den passende tykkelse af basismaterialet kan reducere spændingsopbygning.
• Forvarmning af substratForvarmning af substratet, f.eks. ved at bruge en forvarmningstemperatur på 80 ° C Ved trykning af 316L rustfrit stål kan det reducere termiske gradienter og stress.
• Præcis kontrol af lagtykkelse og laserparametreOmhyggelig kontrol af disse parametre sikrer jævn smeltning og størkning, hvilket reducerer restspænding.

3. Forbedrede scanningsstrategier

For at reducere restspænding under lasersintring kan optimering af laserscanningsbanen og den måde, metalpulveret fyldes på, hjælpe med at fordele spændingen mere jævnt. Strategier omfatter:

• Brug af zoneopdelt scanningsstrategiOpdel arbejdsområdet i sektioner for at minimere termiske gradienter.
• Implementering af roterende scanningstilstandRoter scanningsmønsteret for at reducere lokaliseret opvarmning og afkøling.
• Optimering af scanningsvektorlængde og -retningJuster scanningsstiens længde og retning for at fordele varmen mere jævnt over emnet.

5. Greenstone-Techs løsning til kontrol af reststress

Gennem systematisk procesforskning og parameteroptimering har Greenstone-Tech udviklet en omfattende løsning til kontrol af restspænding. Denne løsning forbedrer dimensionsstabiliteten og den samlede kvalitet af 3D-printede metaldele og tilbyder mere pålidelige additive fremstillingsløsninger til vores kunder.