Дефекты в процессе MPBF можно разделить на дефекты в процессе нанесения порошкового покрытия и дефекты в процессе печати. Дефекты в процессе нанесения нового порошкового покрытия включают неравномерный слой порошка, а дефекты в процессе печати включают брызгание, явление комкования, газовую пористость, шероховатость поверхности, трещины, геометрическую деформацию и т. д. Далее описываются причины различных дефектов и резюмируется влияние различных дефектов на применение деталей, напечатанных на 3D-принтере.
Брызгание
Брызги - один из наиболее распространенных дефектов в процессе MPBF, которые напрямую влияют на взаимодействие между лазером и слоем порошка и приводят к другим дефектам. Результаты показывают, что разбрызгивание в основном вызвано боковым потоком инертного газа, колебаниями ванны расплава и давлением обратной продувки. Брызги, падающие на слой порошка, повторно осаждают более крупные металлические частицы, что приводит к неполному плавлению и дефектам газовой пористости, что неблагоприятно для прочности на разрыв и усталостных свойств деталей. Кроме того, брызги, падающие на поверхность затвердевшего слоя, повлияют на повторное нанесение порошкового покрытия на следующий слой, что приведет к неравномерному нанесению порошка на следующий слой или даже к повреждению устройства для повторного нанесения покрытия.
Чтобы предотвратить загрязнение слоя металлического порошка брызгами, можно использовать высокоскоростной поток инертного газа для удаления брызг. Однако чрезмерный поток газа повлияет на качество поверхности порошкового слоя. Оптимизация технологии газового потока стала направлением постоянных усилий производителей 3D-принтеров.
Явление комкования
Явление баллинга является уникальным металлургическим дефектом в процессе производства технологии плавления металлического порошка. Это происходит, когда жидкий металл затвердевает в сферу под действием поверхностного натяжения. Это явление может быть вызвано как высокой, так и низкой плотностью энергии лазерного луча. Если энергия слишком мала, произойдет образование комков, когда металлический порошок не полностью расплавлен. Если энергия слишком высока, это произойдет, когда жидкий металл брызгает на слой нерасплавленного металлического порошка. Явление комкования повлияет на качество порошка следующего слоя, повлияет на качество поверхности деталей, но также приведет к отсутствию плавления, образованию шлаков и другим дефектам. Кроме того, образование шариков может снизить прочность на разрыв и сопротивление усталости деталей, напечатанных на 3D-принтере. Эффективный способ уменьшить и избежать явления комкования - оптимизировать процесс печати и найти оптимальную комбинацию параметров.
Газовая пористость
Газовая пористость, являющаяся одним из наиболее важных дефектов процесса MPBF, является одним из самых важных дефектов, влияющих на механические свойства деталей, напечатанных на 3D-принтере. В процессе MPBF быстрое плавление и затвердевание материала и резкие колебания ванны расплава приводят к пористости газа. Размер, количество, форма и положение газовой пористости - все это имеет важное влияние на механические свойства деталей. Более высокая пористость газа сокращает усталостный срок службы деталей конструкции, а влияние пористости газа вблизи поверхности на усталостные свойства деталей конструкции больше, чем в других положениях. По механизму образования газовой пористости их можно разделить на газовую пористость, связанную с сырьем, и газовую пористость, вызванную воздействием лазера.
Причина газовой пористости очень сложна и тесно связана с параметрами процесса. Разумный процесс печати и постоянная оптимизация процесса по-прежнему являются важными условиями для предотвращения возникновения газовой пористости.
Шероховатость поверхности
С развитием технологии MPBF типы материалов для 3D-печати становятся все более и более распространенными, а механические свойства компонентов значительно улучшаются. Однако относительно низкое качество поверхности по-прежнему остается одним из основных препятствий на пути разработки и промышленного применения MPBF. Шероховатость поверхности среднего слоя влияет на качество порошка следующего слоя, что приводит к внутренним дефектам. Шероховатость поверхности сборки серьезно повлияет на усталостные характеристики деталей.
SEM и реконструированные изображения верхней поверхности при различной мощности лазера
The surface quality is closely related to the fluidity of molten pool. By adjusting the laser power, scanning speed, powder layer thickness and other process parameters, the surface quality can be effectively improved. Post-treatment can also be used to improve the surface quality of parts, but it will increase the cost and reduce the efficiency.
трещины
Трещины в процессе MPBF связаны с распределением температуры, остаточным напряжением и неполным плавлением. Трещины, вызванные остаточным напряжением, можно разделить на трещины затвердевания и трещины разжижения, которые связаны с материалами. Трещины затвердевания вызваны большим температурным градиентом между ванной расплавом и затвердевшим металлом, что приводит к большой деформации ванны расплава. Однако недостаточная текучесть жидкости не может компенсировать деформацию, вызванную ванной расплавом. Трещина разжижения появляется в зоне частичного плавления и связана с диапазоном разжижения, структурой зерен, термическим удлинением, усадкой металлического материала.
Трещина внутри металлической лопасти турбины, напечатанной на 3d-принтере
Кроме того, неполное сплавление также может вызвать трещины, что пагубно сказывается на механических характеристиках и усталостной долговечности деталей, напечатанных на 3D-принтере. Трещины неплавления обычно возникают между соседними каналами сканирования или между осадочными слоями, что в основном вызвано неполным плавлением металлического порошка. Если трещины серьезные, они могут привести к дефектам расслоения.
Дефект расслоения слоя
Геометрическая деформация
Due to the geometrical features, heat accumulation, stress concentration and other reasons of parts in MPBF process, geometric defects may be formed in different degrees. Small degree may lead to deformation and dimensional error, and serious degree may lead to incomplete structure, even failure of construction.
Как контролировать процесс аддитивного производства? Как работает система мониторинга с металлическими 3D-принтерами Eplus3D? Проверить здесь!
https://youtu.be/6TBJPCeKifs
С помощью этой системы Eplus3D АП может гарантировать нашим клиентам своевременный мониторинг и оценку качества обработки, чтобы помочь значительно снизить затраты и ускорить производство высококачественной продукции с предсказуемой производительностью. 3D-принтер по металлу Eplus3D с этой системой мониторинга широко применяется, особенно в аэрокосмической отрасли, где требуется высокая согласованность и повторяемость с технологией аддитивного производства.
