Quali sono i difetti comuni della stampa 3D in metallo nella produzione di stampi?

一, Difetti interni: assassini che non puoi vedere che indeboliscono la muffa
1. Porosità
I pori sono i difetti interni più diffusi negli stampi per stampa 3D in metallo. Si verificano quando non vengono utilizzate le giuste materie prime in polvere, parametri di processo e ambiente protettivo. La fonte dice che può essere diviso in due gruppi:
Pori collegati alle materie prime: quando le goccioline metalliche si solidificano, il gas al loro interno non fuoriesce del tutto. Invece, forma pori larghi solo pochi micrometri. Ad esempio, se la polvere di lega di titanio Ti-6Al-4V contiene bolle, queste finiranno direttamente nell'oggetto da stampare.
Porosità causata dal processo: se la densità dell'energia laser è troppo bassa, la polvere metallica non si scioglie completamente. Se l'energia è troppo elevata, la pozza fusa si muove molto, attirando gas. Ad esempio, nel processo SLM (Selective Laser Melting), se la velocità di scansione è troppo elevata o lo spessore dello strato è troppo grande, il bagno di fusione diventa meno stabile e si formano rapidamente pori sferici o ellittici.
Impatto: i pori possono ridurre la densità dello stampo (tipicamente superiore al 99%), il che può ridurne notevolmente la resistenza alla trazione e la durata alla fatica. Gli studi hanno dimostrato che un aumento dell'1% della porosità può portare a una diminuzione dal 20% al 30% della durata a fatica degli stampi Ti-6Al-4V.
2. Nessuna fusione
I difetti di non-fusione si presentano come legami deboli tra strati o linee di scansione. Ciò accade comunemente quando non c'è abbastanza energia in ingresso o quando vengono applicate le procedure di scansione errate. Ad esempio:
Mancanza di fusione tra gli strati: quando l'intensità del laser è troppo bassa o lo spessore dello strato è troppo grande, gli strati metallici uno accanto all'altro non si fondono completamente, lasciando spazi taglienti.
Fusione incompleta delle linee di scansione: se le linee di scansione sono troppo distanti o il laser non si sovrappone abbastanza, tra di loro si troveranno particelle di polvere non fuse.
Impatto: i difetti non-di fusione possono indebolire notevolmente la resistenza al taglio e all'impatto dello stampo, soprattutto quando è sottoposto a carichi dinamici. Ciò rende più probabile che si frantumi. Ad esempio, durante il processo di stampaggio degli stampi delle automobili, i difetti di fusione parziale possono causare la rottura o il distacco della superficie dello stampo.
2, Difetti superficiali: un grave problema che rende gli stampi meno accurati
1. Rugosità della superficie
La ruvidità superficiale degli stampi per la stampa 3D in metallo è solitamente Ra 10–20 μ m, che è sostanzialmente superiore alla Ra 0,8–3,2 μ m della lavorazione normale. Ci sono molte cose che possono causarlo, come ad esempio:
Gradini: il modo in cui è realizzato, impilando gli strati uno sopra l'altro, gli conferisce una forma a gradino sul lato.
Cambiamenti nel bagno di fusione: quando il metallo liquido si solidifica, può produrre protuberanze o avvallamenti se la tensione superficiale nel bagno di fusione non è uniforme o il flusso d'aria protettivo è instabile.
Impatto: un'elevata rugosità superficiale può causare l'accumulo di stress e ridurre la durata a fatica dello stampo. Allo stesso tempo, le superfici ruvide tendono ad assorbire lo sporco e altre impurità presenti nei lubrificanti o nei fluidi da taglio, accelerando l'usura. Ad esempio, negli stampi a iniezione, un'eccessiva ruvidità sulla superficie potrebbe causare segni di flusso o lucentezza non uniforme sulla superficie dei pezzi di plastica.
2. Ballare
La sferoidizzazione è un problema comune nella produzione di letti di polvere a base metallica-. Succede quando il metallo liquido si solidifica in particelle sferiche a causa della tensione superficiale. Ci sono molte cose che possono causarlo, come ad esempio:
Bassa densità di energia: la polvere metallica non si scioglie completamente, quindi forma particelle sferiche separate.
Elevata densità di energia: la pozza fusa schizza violentemente e le goccioline si trasformano in palline sulla polvere non ancora sciolta.
Impatto: la sferoidizzazione può rendere lo strato di polvere meno liscio, il che può portare a una distribuzione non uniforme della polvere e persino a danni al raschietto durante la stampa dello strato successivo. Allo stesso tempo, le particelle sferoidizzate peggioreranno la qualità della superficie dello stampo e renderanno più difficile la lucidatura.
3, Difetti strutturali: possibili pericoli che potrebbero compromettere la stabilità dello stampo
1. Stress e screpolature rimasti
Durante il processo di stampa 3D del metallo, si accumula stress termico perché il metallo si riscalda e si raffredda rapidamente. Se lo stress residuo è superiore al carico di snervamento del materiale, può provocare crepe. Esistono diversi tipi di crepe, come:
Cracking da solidificazione: la differenza di temperatura tra la vasca fusa e il metallo solidificato è troppo grande, quindi il metallo liquido non scorre bene e non può compensare la deformazione da ritiro.
Creare qualcosa di liquido Cracking: i bordi dei grani nella zona di fusione parziale si sciolgono e si rompono quando vengono sottoposti a stress termico.
Impatto: le crepe possono causare direttamente il cedimento dello stampo, soprattutto in luoghi con temperature elevate o materiali corrosivi, dove le crepe si diffondono più rapidamente. Negli stampi per pressofusione-, ad esempio, i difetti potrebbero far fuoriuscire il liquido di alluminio, il che può presentare problemi di sicurezza.
2. Deformazione da deformazione
La mancata corrispondenza dello stress termico tra il substrato e l'oggetto stampato è la fonte più comune di deformazione. Si presenta come una piegatura verso l'alto o una distorsione complessiva del bordo della parte stampata. Di seguito sono elencate alcune delle cose che possono causarlo:
Preriscaldamento insufficiente del substrato: quando inizia la stampa, il substrato e la polvere si trovano a temperature abbastanza diverse, il che provoca un restringimento non uniforme.
La struttura di supporto non è progettata bene: quando la struttura di supporto e la parte stampata sono collegate, si accumula tensione che provoca deformazione quando la connessione viene rilasciata.
Impatto: la deformazione e la deformazione possono far sì che lo stampo abbia dimensioni errate, rendendone impossibile l'assemblaggio con le parti giuste. Nelle circostanze peggiori, deve essere gettato via e creato di nuovo, il che aumenta i costi di costruzione. Ad esempio, quando si realizzano stampi a iniezione di grandi dimensioni, la deformazione e la deformazione potrebbero causare un eccessivo distacco dello stampo, con conseguente sbavatura delle parti in plastica.
4, Strategia per l'ottimizzazione: pieno controllo del processo dall'inizio alla fine
1. Migliorare i parametri del processo
Controllo della densità di energia: per rendere il pool di fusione più stabile, modificare la potenza del laser, la velocità di scansione e lo spessore dello strato. Ad esempio, per mantenere il livello di fusione corretto e il rischio di spruzzi basso, il materiale Ti-6Al-4V dovrebbe avere una densità di energia di 40–60J/mm³.
Progettazione di una strategia di scansione: utilizzare la scansione a isola, la scansione a scacchiera o le tattiche di scansione rotazionale per evitare l'accumulo di stress termico. Ad esempio, ruotare ogni strato di 67 gradi nella direzione della scansione può aiutare a eliminare gran parte dello stress residuo.
2. Tecnologia per la post-elaborazione
La pressatura isostatica a caldo (HIP) elimina i pori interni e aumenta la densità fino a oltre il 99,9% in ambienti ad alta-pressione e alta-temperatura. Ad esempio, la resistenza alla fatica degli stampi SLM trattati con HIP- può aumentare di oltre il 50%.
Lavorazione e lucidatura a macchina: è possibile ottenere una superficie con Ra inferiore o uguale a 0,4 μm utilizzando la lavorazione CNC per ridurre la rugosità e quindi lucidatura elettrolitica o rettifica a vibrazione.
3. Aggiornamenti a strumenti e materiali
Controllo qualità per le polveri: per ridurre i difetti nelle materie prime, scegli polveri di alta-qualità, con elevata sfericità, buon flusso e bassa concentrazione di ossigeno. Ad esempio, le polveri prodotte mediante atomizzazione hanno una sfericità superiore al 95%.
Miglioramento della precisione delle apparecchiature: per ottenere una precisione di posizionamento di ± 5 μm e ridurre gli effetti dei passi, utilizziamo laser ad alta-precisione, sistemi di messa a fuoco dinamica e controllo del feedback-a circuito chiuso.