كيف يؤثر شكل جسيم مسحوق المعادن على تأثير الطباعة؟

一 ، أنواع جسيمات مسحوق المعادن وكيف تتشكل
يتأثر شكل جزيئات مسحوق المعادن في الغالب بكيفية صنعها. بعض الأشكال المتكررة هي كروية ، كروية تقريبًا ، مضلعة ، إسفنجة مسامية ، شجيري.
كروي أو كروي تقريبًا: أن ذرة الغاز (GA) وذرية القطب الدوار للبلازما (PREP) جعلت الجزيئات ناعمة وأعطتهم كروية تزيد عن 98 ٪. يتمتع المسحوق الكروي بأقل طاقة سطحية ، وبالتالي فإنه لا يلتزم بسهولة أثناء الطباعة ، مما يجعله أكبر قدرة على التدفق.
المضلع/غير منتظم: مصنوع عن طريق تحطيم الماء أو باستخدام نهج ميكانيكي ، مع حواف حادة وسطح خشن. هذا النوع من المسحوق لا يتدفق بشكل جيد للغاية ، ولكن قد تكون كثافته الكبيرة أفضل من المسحوق الكروي لأن الجسيمات تتناسب مع بعضها بإحكام.
المسحوق الذي يأتي من الأقمار الصناعية والمسحوق المجوف: أثناء الهباء الجوي ، فإن القطرات التي تتشكل نصفها فقط تصادم لتوليد "مسحوق الأقمار الصناعية" ، والتي تتكون من جزيئات صغيرة تلتصق بسطح الجزيئات الكبيرة. يتكون "المسحوق المجوف" من غاز محاصر داخل القطرة ولا يغادر بالكامل. ستجعل هاتان المشكلتان من الصعب على المسحوق أن يتدفق والطباعة.
2 ، الطريقة الرئيسية التي يؤثر شكل الجسيمات على تقنية الطباعة
1. القدرة على نشر المسحوق بالتساوي وكمية السائل فيه
مفتاح التأكد من أن سمك طبقة المسحوق هو التأكد من أن المسحوق يتدفق جيدًا. المساحيق الكروية لها سطح أملس وقليل من الاحتكاك بين الجزيئات. يمكن أن تكون زاوية الراحة (مقياس السيولة) منخفضة تصل إلى 25 درجة أو أقل. من ناحية أخرى ، يمكن أن يكون للمساحيق المضلعة زاوية أكثر من 40 درجة. أظهرت الاختبارات أنه عند استخدام معدات SLM مع مسحوق سبيكة التيتانيوم كروي (TI6AL4V) ، يمكن الاحتفاظ بالانحراف المعياري لسمك طبقة المسحوق داخل ± 2 μ م. ومع ذلك ، عند استخدام مسحوق المضلعة ، يمكن أن يكون خطأ المسحوق أعلى من ± 8 μ م ، مما يجعل خشونة السطح (قيمة RA) أعلى بنسبة 40 ٪.
2. ثبات تجمع الذوبان وتكثيفه
يؤثر شكل الجزيئات على كثافة العناصر المطبوعة عن طريق تغيير كيفية تحرك تجمع الذوبان. عندما يتم ذوبان المسحوق الكروي مع الليزر ، يكون التوتر السطحي للمعدن السائل هو نفسه في كل مكان ، مما يخلق تجمع ذوبان ناعم ومستمر يقلل من المسامية والشقوق. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون للكائنات المطبوعة SLM المصنوعة من المسحوق الكروي كثافة 99.9 ٪ عند تصنيعها من سبائك Inconel 718 القائمة على النيكل. من ناحية أخرى ، يحتوي مسحوق المضلعة على منطقة اتصال كبيرة بين الجزيئات ، مما يجعل من السهل على "التشويش" أن يحدث عندما يذوب المعدن ويتقلص إلى كرة إلى طاقة السطح السفلية. هذا يقلل من الكثافة إلى أقل من 98.5 ٪.
3. قوة الترابط بين الطبقات والإجهاد المتبقي
يمكن للجزيئات غير المنتظمة توليد هياكل متشابكة ميكانيكية عند انتشار المسحوق ، والتي يجب أن تجعل الالتصاق الداخلي أقوى من الناحية النظرية. لكن الحواف الحادة للمساحيق المضلعة يمكن أن تتسبب في تراكم الإجهاد أثناء الانصهار ، مما يجعل الإجهاد المتبقي داخل العنصر المطبوع يرتفع. تشير الدراسات إلى أن المكونات المطبوعة المصنعة من مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ Polygonal 316L لها إجهاد متبقي أكثر بنسبة 25 ٪ من المسحوق الكروي ، مما يجعلها أكثر عرضة للتشوه والكسر أثناء المعالجة الحرارية اللاحقة.
4. مسحوق إعادة التدوير وتوفير المال
يتدفق المسحوق الكروي بسلاسة ويمكن استخدامه أكثر من 10 مرات دون فقد أكثر من 5 ٪ من أدائه ، مما يجعله جيدًا للإنتاج على نطاق واسع. تميل المساحيق المتعددة الخلايا إلى صنع مسحوق ناعم عندما تنكسر الجزيئات عند الاستخدام المتكرر ، مما يجعل قابلية التدفق أسوأ. على سبيل المثال ، عندما يستخدم صانع أجزاء طيران معينة مسحوق متعدد الأضلاع ، يتعين عليهم فحص 15 ٪ إضافية من مسحوق النفايات لكل دفعة من الطباعة. عندما يستخدمون المسحوق الكروي ، يكون معدل مسحوق النفايات أقل من 5 ٪.
3 ، حالات الاستخدام الشائعة واختبارات الأداء
1. مجال الفضاء: صنع شفرات التوربينات
GE Aviation employed spherical TC4 titanium alloy powder (sphericity>99 ٪) صنع باستخدام عملية الإعدادية لطباعة شفرات التوربينات لمحرك LEAP. هذا جعل سطح الشفرات أكثر سلاسة (من RA 10 μ M إلى RA 3 μ M) وجعلها تدوم مرتين طالما أجزاء مزورة نموذجية. من ناحية أخرى ، انهار مسحوق المضلعة المصنوع من نهج ذرة الماء في اختبارات درجات الحرارة العالية لأن المسحوق مشتت بشكل غير متساو ، مما يترك فجوات بقطر أكثر من 50 م داخل الأوراق.
2. يزرع طبية: مفصل الورك صنع لك فقط
يتكون كأس مفصل الورك المطبوع ثلاثي الأبعاد لجونسون آند جونسون من مسحوق سبيكة CoCrmo كروي ، والذي يحتوي على معامل احتكاك منخفض (0.15) وهيكل الأنسجة المتسق. هذا يجعل التعلق بين الزرع والأنسجة العظمية أقوى 30 ٪. ولكن نظرًا لأنها خشنة من الخارج ، فمن المرجح أن تسبب الجزيئات المضلعة التهابًا ولديها معدل إصلاح سريري أكبر بنسبة 15 ٪ من المساحيق الكروية.
3. صنع القوالب: قناة التبريد المطابقة
في طباعة SLM من الصلب القالب (H13) ، قد يجعل المسحوق الكروي الأشياء بدقة كبيرة وقطر قناة لا يقل عن 0.8 ملم ، مما يجعل التبريد أكثر كفاءة بنسبة 40 ٪. نظرًا لأن المساحيق المضلعة لا تتدفق بشكل جيد ، يمكنها تسد نظام إمداد المسحوق أثناء طباعة قنوات التدفق المعقدة ، مما يقلل من معدل العائد إلى أقل من 60 ٪.