Fém additív gyártás és a megbízható termofizikai tulajdonságadatok szükségessége

Az utóbbi években az additív gyártás (AM), más néven 3D nyomtatás, ígéretes technológiaként jelent meg az autóipar, az elektronika, az orvosbiológia, az építőipar, a repülőgépipar és az élelmiszeripar költséghatékony, közel nettó alakú alkatrészek gyártására. Korábbi cikkeinkben a folyamatablak meghatározására és a poliamid (PA) 12 porok izotermikus kristályosodási viselkedésének tanulmányozására összpontosítottunk a szelektív lézersinterezésben.

Mely anyagok alkalmasak SLM-re?

Az SLM-eljárást olyan ötvözetek additív gyártására használták, mint a rozsdamentes acél, szerszámacél, titán, alumínium, kobaltkróm, volfrám és nikkelbázisú szuperötvözetek. Egyes ötvözetek nagy visszaverő képességük miatt korlátozottan alkalmazhatók SLM-re, az oxigénnel szembeni reakcióképességük, abszorpciós képességük, nedvesedési és termikus tulajdonságaik miatt.

A kerámiákat, köztük az alumínium-oxidot, a cirkónium-dioxidot és a szilícium-karbidot additív módon gyártották SLM-eljárással, azonban a kerámiák SLM-je általában több kihívást jelent törékeny természetük és viszonylag alacsony Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességük miatt.

Az AM bemeneti paraméterek optimalizálása a jobb termékminőség érdekében

Az SLM-eljárás legújabb fejlesztései ellenére az olyan problémák, mint a túlmelegedés vagy az alulmelegedés, valamint a vetemedés még mindig problémákat okozhatnak a végtermék minőségében. Törekvések folynak az SLM során a hőmérséklet-eloszlás és a hőterhelés jobb megértésére, hogy a folyamat paraméterei és végső soron a végső alkatrész minősége optimalizálható legyen. Az olyan termomechanikai szimulációk, mint a végeselem-elemzés (FEA) lehetőséget biztosítanak a virtuális prototípusok létrehozására, és egyre fontosabbá válnak, mivel a gyártók optimalizálják az SLM-folyamat paramétereit és a tartószerkezetek geometriáját a különböző anyagokhoz.

A hővezető képesség befolyásolja az SLM folyamat paramétereit

A reprezentatív termomechanikai SLM-szimulációhoz a porágy és a megszilárdult alkatrész pontos, hőmérsékletfüggő hővezetési adataira van szükség. A NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash jól alkalmas az SLM alapanyagú porok, valamint a kész SLM nyomtatott alkatrészek hővezetőképességének mérésére 1250°C-ig. A hőmérsékletfüggő SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűség korrekciója (ρ) rutinszerűen mérhető a NETZSCH DIL 402 Expedis^®Classic dilatométerrel, a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás (_{Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp}) pedig a magas hőmérsékleti tartományban a NETZSCH DSC-vel (pl. 404 F1 Pegasus^®) mérhető. Minden mérést ugyanabban a hőmérséklet-tartományban kell elvégezni.

Alkalmazási példa: Austenit rozsdamentes acélpor hővezető képessége

Az alábbi alkalmazási példában a flash-módszert (LFA) használták az ausztenites rozsdamentes acélpor Termikus diffúziós képességA hővezető képesség (a mm2/s egységgel) egy anyagspecifikus tulajdonság, amely az instacionárius hővezetés jellemzésére szolgál. Ez az érték azt írja le, hogy egy anyag milyen gyorsan reagál a hőmérsékletváltozásra.termikus diffúziós képességének mérésére szobahőmérséklettől 1000°C-ig.

Amint az a 3. ábrán látható, a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség és a hővezetési tényező ugyanazt a tendenciát követi. A különböző szinterelési lépések miatt mindkettő jelentősen megnő. Természetesen a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség növekedését befolyásolja a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség változása és a porágy SűrűségA tömegsűrűséget a tömeg és a térfogat arányaként határozzák meg. sűrűségének növekedése 500°C felett. A porágy sűrűsödéséből eredő növekvő hővezető képességet figyelembe kell venni a megfelelő SLM bemeneti paraméterek kiválasztásakor az optimális termékminőség biztosítása érdekében. Továbbá ez az egyik oka annak, hogy a kutatások a paraméterek rétegenkénti vagy akár az építés során meghatározott régiókban történő adaptálására összpontosítanak.

Hivatkozások

1. Yap, C. Y., Chua, C. K., Dong, Z. L., Liu, Z. H., Zhang, D. Q., Loh, L. E., & Sing, S. L. (December 01, 2015). A szelektív lézerolvasztás áttekintése: Materials and applications. Applied Physics Reviews, 2, 4, 41101. \
2. Chua, C. K., Wong, C. H., & Yeong, W. Y. (2017). Szabványok, minőségellenőrzés és méréstudományok a 3D nyomtatásban és az additív gyártásban.
3. Luo, C., Qiu, J., Yan, Y., Tang, X., Yang, J., & Uher, C. (2018). Végeselemes elemzés a hőmérséklet- és feszültségmezőkről a termoelektromos SnTe szelektív lézeres olvasztási folyamata során. Journal of Materials Processing Technology, 261, 74-85.