Comportamiento de fusión y control de densidad del polvo de aleación de aluminio en el proceso SLM.

Ventajas de la aplicación de materiales de aleación de aluminio en el proceso SLM

La aleación de aluminio es una categoría de material importante en el campo de la fabricación aditiva de metales. Sus características de peso ligero y alta resistencia le hacen tener amplias perspectivas de aplicación en los campos de la industria aeroespacial, la fabricación de automóviles y los equipos industriales. El proceso SLM (fusión selectiva por láser) puede realizar la fabricación directa de piezas estructurales complejas de aleación de aluminio, superando las limitaciones del proceso de fundición y mecanizado tradicionales. La densidad de la aleación de aluminio es aproximadamente un tercio de la del acero, pero la resistencia específica es comparable a la del acero con contenido medio de carbono, lo que lo convierte en el material elegido para diseños livianos. En el proceso SLM, los grados de aleación de aluminio comúnmente utilizados incluyen AlSi10Mg, Al6061, Al7075, etc.

Requisitos característicos y control de calidad del polvo de aleación de aluminio

El proceso SLM tiene requisitos estrictos sobre la calidad del polvo de aleación de aluminio. La distribución del tamaño de las partículas debe controlarse dentro del rango de 20 a 63 μm, y el valor D50 es óptimo en 35 a 45 μm. La esfericidad del polvo debe ser superior al 90% para garantizar una buena fluidez y uniformidad en la distribución del polvo. El contenido de oxígeno en el polvo debe controlarse por debajo del 0,1%. Un contenido excesivo de oxígeno provocará la formación de inclusiones oxidadas en el baño fundido y reducirá las propiedades mecánicas de las piezas. También es necesario controlar el número de veces que se recicla el polvo, y se recomienda no exceder las 5 veces.

El mecanismo de influencia de los parámetros del láser en el comportamiento de fusión

La potencia del láser, la velocidad de escaneo y el espaciado de escaneo son los parámetros principales que afectan la calidad de fusión de la aleación de aluminio SLM. La potencia del láser generalmente se establece en el rango de 200 a 400 W. Si la potencia es demasiado alta, el charco de fusión será demasiado profundo y la zona afectada por el calor se expandirá. Si la potencia es demasiado baja, pueden ocurrir defectos de fusión. Se recomienda ajustar la velocidad de escaneo dentro del rango de 600-1200 mm/s. Si la velocidad es demasiado rápida, el canal de fusión será discontinuo. El paso de escaneo es generalmente de 80 a 120 μm. La densidad de energía volumétrica es un indicador para una evaluación integral de los parámetros del láser y el rango recomendado es 30-60J/mm³.

Estrategia de control de densidad y prevención de defectos

El objetivo de densidad de las piezas SLM de aleación de aluminio es superior al 99%, que es la base para garantizar que las propiedades mecánicas cumplan con los estándares. La densidad insuficiente suele deberse a parámetros de proceso inadecuados, mala calidad del polvo o problemas con el entorno de impresión. Los tipos de defectos comunes incluyen porosidad, falta de fusión, grietas y distorsión térmica. Los defectos de porosidad se dividen en dos categorías: poros de proceso y poros de material. Los poros del proceso se pueden reducir optimizando los parámetros del láser. Los defectos no fusionados ocurren principalmente entre capas o entre canales de fusión, lo que se puede mejorar aumentando la potencia del láser y reduciendo la velocidad de escaneo.

Postprocesamiento y optimización del rendimiento de piezas SLM de aleación de aluminio

Después de la impresión, las piezas SLM de aleación de aluminio deben pasar por una serie de procesos de posprocesamiento para cumplir con los requisitos de rendimiento finales. El primero es el tratamiento de prensado isostático en caliente (HIP), que elimina los poros internos y las microfisuras en un entorno de alta temperatura y alta presión, lo que puede mejorar el rendimiento ante la fatiga entre un 30% y un 50%. El segundo paso es el tratamiento térmico de envejecimiento con solución sólida y se selecciona el sistema de tratamiento térmico apropiado según el grado del material. En términos de tratamiento de superficie, el granallado se puede utilizar para mejorar el estado de tensión residual de la superficie.