Wat zijn de meest voorkomende metaal-3D-printfouten bij de productie van matrijzen?

Bijvoorbeeld, Interne gebreken: moordenaars die je niet kunt zien en die schimmel zwakker maken
1. Porositeit
Poriën zijn de meest voorkomende interne gebreken in metalen 3D-printmatrijzen. Ze ontstaan ​​wanneer niet de juiste poedergrondstoffen, procesparameters en beschermende omgeving worden gebruikt. De bron zegt dat het in twee groepen kan worden opgesplitst:
Poriën verbonden met grondstoffen: Wanneer de metaaldruppeltjes stollen, ontsnapt het gas erin niet volledig. In plaats daarvan vormt het poriën die slechts enkele micrometers breed zijn. Als er bijvoorbeeld belletjes in Ti-6Al-4V-titaniumlegeringspoeder zitten, komen deze rechtstreeks in het item dat wordt afgedrukt.
Porositeit veroorzaakt door het proces: als de laserenergiedichtheid te laag is, smelt het metaalpoeder niet volledig. Als de energie te hoog is, beweegt het gesmolten bad veel, waardoor gas wordt aangezogen. Als bijvoorbeeld bij het SLM-proces (Selective Laser Melting) de scansnelheid te hoog is of de laagdikte te groot is, wordt het smeltbad minder stabiel en vormen zich snel bolvormige of elliptische poriën.
Impact: Poriën kunnen de dichtheid van de mal verlagen (meestal boven de 99%), waardoor de treksterkte en de levensduur van de mal aanzienlijk kunnen afnemen. Studies hebben aangetoond dat een stijging van de porositeit met 1% kan leiden tot een afname van 20% tot 30% in de levensduur van Ti-6Al-4V-matrijzen.
2. Geen fusie
Niet--fusiedefecten verschijnen als zwakke bindingen tussen lagen of scanlijnen. Dit gebeurt meestal als er onvoldoende energie wordt ingevoerd of als de verkeerde scanprocedures worden toegepast. Bijvoorbeeld:
Gebrek aan versmelting tussen de lagen: Wanneer de laserintensiteit te laag is of de laagdikte te groot is, smelten de naast elkaar gelegen metaallagen niet helemaal door, waardoor scherpe randopeningen ontstaan.
Onvolledige versmelting van scanlijnen: Als de scanlijnen te ver uit elkaar liggen of de laser elkaar niet genoeg overlapt, zitten er niet-gesmolten poederdeeltjes tussen.
Impact: Niet-{0}}smeltfouten kunnen de schuifsterkte en slagvastheid van de mal aanzienlijk verzwakken, vooral wanneer deze onder dynamische belasting staat. Hierdoor is de kans groter dat het kapot gaat. Tijdens het stempelproces voor automallen kunnen gedeeltelijke smeltfouten er bijvoorbeeld voor zorgen dat het matrijsoppervlak splijt of loslaat.
2. Oppervlaktedefecten: een groot probleem waardoor mallen minder nauwkeurig zijn
1. Ruwheid van het oppervlak
De oppervlakteruwheid van mallen voor 3D-printen van metaal is doorgaans Ra 10–20 μm, wat aanzienlijk hoger is dan de Ra 0,8–3,2 μm bij reguliere verwerking. Er zijn veel dingen die dit kunnen veroorzaken, zoals:
Traptreden: De manier waarop het is gemaakt, door lagen op elkaar te stapelen, geeft het een getrapte vorm aan de zijkant.
Veranderingen in het gesmolten bad: Wanneer vloeibaar metaal stolt, kan het hobbels of dalen veroorzaken als de oppervlaktespanning in het gesmolten bad ongelijkmatig is of de beschermende luchtstroom onstabiel is.
Impact: Een hoge oppervlakteruwheid kan spanningen veroorzaken en de levensduur van de matrijs verkorten. Tegelijkertijd hebben ruwe oppervlakken de neiging vuil en andere onzuiverheden in smeermiddelen of snijvloeistoffen op te nemen, wat de slijtage versnelt. In spuitgietmatrijzen kan te veel ruwheid op het oppervlak bijvoorbeeld vloeimarkeringen of een ongelijkmatige glans op het oppervlak van de plastic stukken veroorzaken.
2. Ballen
Sferoïdisatie is een veel voorkomend probleem bij de productie van op metaal-gebaseerde poederbedden. Het gebeurt wanneer vloeibaar metaal stolt tot bolvormige deeltjes vanwege oppervlaktespanning. Er zijn veel dingen die dit kunnen veroorzaken, zoals:
Lage energiedichtheid: Het metaalpoeder smelt niet helemaal door en vormt dus afzonderlijke bolvormige deeltjes.
Hoge energiedichtheid: de gesmolten poel spettert met geweld rond en de druppels veranderen in balletjes op het poeder dat nog niet is gesmolten.
Impact: Sferoïdisatie kan de poederlaag minder glad maken, wat kan leiden tot een ongelijkmatige poederverdeling en zelfs schade aan de schraper bij het printen van de volgende laag. Tegelijkertijd zullen bolvormige deeltjes de oppervlaktekwaliteit van de mal verslechteren en het polijsten ervan moeilijker maken.
3, Structurele gebreken: mogelijke gevaren die de stabiliteit van de mal kunnen beïnvloeden
1. Stress en kraken blijven over
Tijdens het 3D-printen van metaal ontstaat thermische spanning doordat het metaal snel opwarmt en afkoelt. Als de restspanning hoger is dan de vloeigrens van het materiaal, kan dit scheuren veroorzaken. Er zijn verschillende soorten scheuren, zoals:
Stollingsscheuren: Het temperatuurverschil tussen het gesmolten zwembad en het gestolde metaal is te groot, waardoor het vloeibare metaal niet goed vloeit en de krimpvervorming niet kan compenseren.
Iets vloeibaar maken Kraken: De korrelgrenzen in de gedeeltelijke smeltzone smelten en barsten wanneer ze onder thermische spanning worden gezet.
Impact: Scheuren kunnen direct schimmelschade veroorzaken, vooral op plaatsen met hoge temperaturen of corrosieve materialen, waar scheuren zich sneller verspreiden. In spuit-gietmatrijzen kunnen gebreken er bijvoorbeeld voor zorgen dat aluminiumvloeistof weglekt, wat veiligheidsproblemen kan opleveren.
2. Vervorming door kromtrekken
Thermische spanningsmismatch tussen het substraat en het bedrukte item is de meest voorkomende bron van kromtrekkende vervorming. Het komt tot uiting in een opwaartse buiging of algehele vervorming van de rand van het afgedrukte onderdeel. Hier volgen enkele dingen die dit kunnen veroorzaken:
Onvoldoende voorverwarmen van het substraat: Wanneer het printen begint, hebben het substraat en het poeder een heel verschillende temperatuur, wat een ongelijkmatige krimp veroorzaakt.
De draagconstructie is niet goed ontworpen: Wanneer de draagconstructie en het bedrukte gedeelte met elkaar zijn verbonden, ontstaat er spanning, wat vervorming veroorzaakt wanneer de verbinding wordt losgelaten.
Impact: Vervorming en vervorming kunnen ervoor zorgen dat de mal de verkeerde maat heeft, waardoor het onmogelijk wordt om de juiste onderdelen in elkaar te zetten. In de ergste omstandigheden moet het worden weggegooid en opnieuw worden gemaakt, wat de bouwkosten verhoogt. Bij het maken van grote spuitgietmatrijzen kunnen kromtrekken en vervorming bijvoorbeeld te veel speling in de matrijs veroorzaken, waardoor plastic onderdelen gaan flitsen.
4, Strategie voor optimalisatie: volledige controle over het proces van begin tot eind
1. Verbetering van de parameters van het proces
Controle van de energiedichtheid: Om het smeltbad stabieler te maken, wijzigt u het laservermogen, de scansnelheid en de laagdikte. Om bijvoorbeeld het smeltniveau goed te houden en het risico op spatten laag te houden, moet Ti-6Al-4V-materiaal een energiedichtheid van 40–60 J/mm³ hebben.
Een scanstrategie ontwerpen: gebruik eilandenscannen, schaakbordscannen of rotatiescantactieken om te voorkomen dat thermische spanning zich ophoopt. Als u bijvoorbeeld elke laag 67 graden in de richting van de scan draait, kunt u veel restspanning wegnemen.
2. Technologie voor na-verwerking
Heet isostatisch persen (HIP) verwijdert de inwendige poriën en verhoogt de dichtheid tot meer dan 99,9% bij hoge- druk en hoge- temperatuurinstellingen. Bij HIP-behandelde SLM-mallen kan de vermoeiingssterkte bijvoorbeeld met meer dan 50% worden verhoogd.
Machinaal bewerken en polijsten: U kunt een oppervlak verkrijgen met Ra kleiner dan of gelijk aan 0,4 μm door gebruik te maken van CNC-bewerking om de ruwheid te verminderen en vervolgens elektrolytisch polijsten of trillend slijpen.
3. Upgrades van gereedschappen en materialen
Kwaliteitscontrole voor poeder: om fouten in grondstoffen te verminderen, kiest u poeders van hoge- kwaliteit, met een hoge bolvorm, goed vloeiend en met een lage zuurstofconcentratie. Poeders gemaakt door verneveling hebben bijvoorbeeld een sfericiteit van meer dan 95%.
Verbetering van de nauwkeurigheid van apparatuur: om een ​​positioneringsnauwkeurigheid van ± 5 μm te verkrijgen en stapeffecten te verminderen, gebruiken we lasers met hoge-precisie, dynamische focussystemen en gesloten-feedbackcontrole.