La influencia clave de la distribución del tamaño de las partículas del polvo de aleación de titanio en la calidad de impresión SLM

Requisitos característicos del tamaño de partícula del polvo de aleación de titanio

La aleación de titanio (Ti6Al4V) es uno de los materiales más utilizados en la impresión de metales SLM y sus características del polvo tienen un impacto decisivo en la calidad de la impresión. La distribución ideal del tamaño de partículas del polvo de aleación de titanio está en el rango de 15 a 45 μm, mostrando una forma de distribución normal. El polvo con un tamaño de partícula demasiado pequeño (menos de 15 µm) tiene poca fluidez y es fácil de aglomerar. También produce polvo volador durante el proceso de dispersión del polvo, lo que afecta la calidad de impresión y la seguridad operativa. Los polvos con tamaños de partículas excesivamente grandes (superiores a 45 μm) no se funden completamente y son propensos a sufrir defectos de no fusión. Los valores D10, D50 y D90 del polvo deben controlarse dentro del rango especificado, y el valor D50 es preferiblemente de 25 a 35 μm. El ancho de distribución del tamaño de partícula (alcance) del polvo debe ser inferior a 1,5. Una distribución demasiado amplia conducirá a un comportamiento de fusión inconsistente.

La relación entre la esfericidad del polvo y la fluidez

La esfericidad del polvo es un indicador clave para evaluar la calidad de los materiales SLM. La esfericidad del polvo de aleación de titanio de alta calidad debe ser superior al 90%, lo que se acerca a una esfera perfecta. El polvo esférico tiene mejor fluidez y uniformidad de distribución del polvo, lo que garantiza un espesor constante de cada capa de polvo. Las partículas satélite (partículas pequeñas adheridas a la superficie de partículas más grandes) reducen la fluidez del polvo y deben controlarse al mínimo. La rugosidad de la superficie del polvo también afecta la fluidez y la superficie del polvo preparada mediante el método de atomización con plasma acoplado inductivamente (IGA) es más suave. La prueba de fluidez del polvo incluye la prueba de caudal Hall y la prueba de ángulo de reposo. El valor del caudal debe ser inferior a 25 s/50 g.

La influencia de la distribución del tamaño de las partículas en el comportamiento de fusión

Existen diferencias en la absorbancia y la velocidad de fusión de las partículas de polvo con diferentes tamaños de partículas bajo irradiación láser. Las partículas finas tienen una gran superficie específica, una alta eficiencia de absorción de luz y una rápida velocidad de fusión, pero son propensas a sobrecalentarse y ablarse. La fusión de partículas gruesas requiere un mayor aporte de energía y la profundidad de fusión es mayor. La distribución desigual del tamaño de las partículas provocará canales de fusión inestables y afectará la densidad y la calidad de la superficie de las piezas. Los parámetros del láser deben optimizarse en función de las características del polvo. Una densidad de energía demasiado alta provocará un efecto de ojo de cerradura, y una densidad de energía demasiado baja provocará una falta de fusión. La estrategia de escaneo también afecta el efecto de fusión y el espacio de escaneo razonable debe coincidir con el tamaño de las partículas de polvo.

La relación entre la calidad de la superficie y la precisión dimensional

El tamaño de las partículas de polvo afecta directamente a la rugosidad de la superficie de las piezas impresas. El polvo fino puede obtener una superficie más delicada y el valor Ra se puede controlar en el rango de 5 a 10 μm. La superficie impresa con polvo grueso es más rugosa y el valor Ra suele ser de 15 a 25 μm. Para piezas con altos requisitos de calidad superficial, es necesario utilizar polvos más finos o mecanizarlos y pulirlos después de la impresión. Las características del polvo también afectarán la precisión dimensional de las piezas. El polvo con buena fluidez puede garantizar un espesor constante del recubrimiento en polvo y mejorar la precisión de la dirección Z. La densidad aparente del polvo afecta la contracción por densificación después de la fusión, lo que a su vez afecta el tamaño de la pieza.

Control de calidad del polvo y gestión del reciclaje

El control de calidad del polvo de aleación de titanio debe realizarse durante todo el proceso de adquisición, uso y reciclaje. Al comprar polvo nuevo, debe obtener un certificado de material y un informe de análisis del tamaño de partículas para confirmar que cumple con las especificaciones técnicas. Es necesario realizar un cribado antes de su uso para eliminar aglomerados e impurezas grandes. Durante el proceso de impresión, es necesario controlar el estado del polvo, reponer polvo nuevo periódicamente y mantener estable el tamaño de las partículas de polvo en el depósito de polvo. Al reciclar polvo, es necesario detectar periódicamente cambios en la distribución del tamaño de las partículas y filtrar el polvo fino y las impurezas. El polvo debe almacenarse en una atmósfera seca e inerte para evitar la absorción de humedad y la oxidación. Se recomienda controlar el número de veces que se utiliza el polvo entre 5 y 8 veces. El rendimiento del polvo se reducirá significativamente después de múltiples ciclos.