Fabricarea aditivă a metalelor și nevoia de date fiabile privind proprietățile termofizice

În ultimii ani, fabricarea aditivă (AM), cunoscută și sub denumirea de imprimare 3D, a apărut ca o tehnologie promițătoare pentru fabricarea rentabilă a componentelor de formă aproape netă în industriile auto, electronică, biomedicală, construcțiilor, aerospațială și alimentară. În articolele anterioare, ne-am concentrat pe determinarea ferestrei de proces și pe studiul comportamentului de cristalizare izotermă a pulberilor de poliamidă (PA) 12 utilizând Sinterizarea selectivă cu laser.

Ce materiale sunt potrivite pentru SLM?

Procesul SLM a fost utilizat pentru fabricarea aditivă a aliajelor, inclusiv oțel inoxidabil, oțel pentru scule, titan, aluminiu, cobalt-crom, tungsten și superaliaje pe bază de nichel. Unele aliaje au o aplicabilitate limitată la SLM din cauza reflexivității lor ridicate, din cauza reactivității lor la oxigen, a absorbției, a udării și a proprietăților termice.

Ceramica, inclusiv alumina, zirconia și carbura de siliciu, a fost fabricată aditiv folosind procesul SLM; cu toate acestea, există, în general, mai multe provocări legate de SLM pentru ceramică din cauza naturii sale fragile și a conductivității termice relativ scăzute.

Optimizarea parametrilor de intrare AM pentru îmbunătățirea calității produselor

În ciuda progreselor recente în procesul SLM, probleme precum supraîncălzirea sau subîncălzirea, precum și deformarea pot cauza încă probleme cu calitatea produsului final. Se depun eforturi pentru a obține o mai bună înțelegere a distribuției temperaturii și a sarcinilor termice în timpul procesului SLM, astfel încât parametrii procesului și, în cele din urmă, calitatea finală a pieselor să poată fi optimizate. Simulările termomecanice, cum ar fi analiza elementelor finite (FEA), au oferit un mijloc de prototipare virtuală și au devenit din ce în ce mai importante pe măsură ce producătorii optimizează parametrii procesului SLM și geometriile structurii de suport pentru diferite materiale.

Influența conductivității termice asupra parametrilor procesului SLM

O simulare termomecanică SLM reprezentativă necesită date precise privind conductivitatea termică în funcție de temperatură a patului de pulbere și a piesei solidificate. NETZSCH LFA 467 HT HyperFlash este potrivit pentru măsurarea conductivității termice a pulberilor de alimentare SLM, precum și a pieselor finite imprimate SLM până la 1250°C. Corecția pentru densitatea dependentă de temperatură (ρ) poate fi măsurată în mod obișnuit utilizând un dilatometru NETZSCH DIL 402 Expedis^®Classic, iar capacitatea termică specifică (_{Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp}) în domeniul temperaturilor ridicate se măsoară utilizând un DSC NETZSCH (de exemplu, 404 F1 Pegasus^®). Toate măsurătorile trebuie efectuate în același interval de temperatură.

Exemplu de aplicație: Conductivitatea termică a pulberii de oțel inoxidabil austenitic

În exemplul de aplicare de mai jos, metoda flash (LFA) a fost utilizată pentru a măsura difuzivitatea termică a pulberii de oțel inoxidabil austenitic de la temperatura camerei la 1000°C.

După cum se poate observa în figura 3, difuzivitatea termică și conductivitatea termică urmează aceeași tendință. Datorită diferitelor etape de SinterizareSinterizarea este un proces de producție pentru formarea unui corp rezistent din punct de vedere mecanic dintr-o pulbere ceramică sau metalică. sinterizare, ambele cresc semnificativ. Desigur, creșterea conductivității termice este influențată de modificarea difuzivității termice și de creșterea densității patului de pulbere peste 500 °C. Creșterea conductivității termice datorată densificării patului de pulbere trebuie luată în considerare la selectarea parametrilor de intrare SLM adecvați pentru a asigura o calitate optimă a produsului. În plus, acesta este unul dintre motivele pentru care cercetarea s-a concentrat pe adaptarea parametrilor strat cu strat sau chiar în regiuni specifice în timpul construcției.

Referințe

1. Yap, C. Y., Chua, C. K., Dong, Z. L., Liu, Z. H., Zhang, D. Q., Loh, L. E., & Sing, S. L. (01 decembrie 2015). Revizuirea topiturii selective cu laser: Materiale și aplicații. Applied Physics Reviews, 2, 4, 41101. \
2. Chua, C. K., Wong, C. H., & Yeong, W. Y. (2017). Standarde, controlul calității și științele măsurării în imprimarea 3D și fabricarea aditivă.
3. Luo, C., Qiu, J., Yan, Y., Tang, X., Yang, J., & Uher, C. (2018). Analiza cu elemente finite a câmpurilor de temperatură și StresTensiunea este definită ca un nivel al forței aplicate pe o probă cu o secțiune transversală bine definită. (Tensiune = forță/zonă). Eșantioanele cu secțiune circulară sau dreptunghiulară pot fi comprimate sau întinse. Materialele elastice, cum ar fi cauciucul, pot fi întinse până la de 5 până la 10 ori lungimea lor inițială.stres în timpul procesului de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire selectivă cu laser a SnTe termoelectric. Journal of Materials Processing Technology, 261, 74-85.