Vantaggi applicativi dei materiali in lega di alluminio nel processo SLM
La lega di alluminio è un'importante categoria di materiali nel campo della produzione additiva di metalli. Le sue caratteristiche di leggerezza ed elevata resistenza gli consentono ampie prospettive di applicazione nei settori aerospaziale, della produzione automobilistica e delle attrezzature industriali. Il processo SLM (Selective Laser Melting) può realizzare la produzione diretta di parti strutturali complesse in lega di alluminio, superando le limitazioni del processo di fusione e lavorazione tradizionale. La densità della lega di alluminio è circa un terzo di quella dell'acciaio, ma la resistenza specifica è paragonabile a quella dell'acciaio a medio tenore di carbonio, il che lo rende il materiale preferito per la progettazione leggera. Nel processo SLM, i gradi di lega di alluminio comunemente utilizzati includono AlSi10Mg, Al6061, Al7075, ecc.
Requisiti caratteristici e controllo di qualità della polvere di lega di alluminio
Il processo SLM presenta requisiti rigorosi sulla qualità della polvere di lega di alluminio. La distribuzione delle dimensioni delle particelle deve essere controllata nell'intervallo 20-63μm e il valore D50 è ottimale a 35-45μm. La sfericità della polvere deve essere superiore al 90% per garantire una buona fluidità e uniformità di distribuzione della polvere. Il contenuto di ossigeno nella polvere deve essere controllato al di sotto dello 0,1%. Un contenuto eccessivo di ossigeno causerà la formazione di inclusioni ossidate nel bagno di fusione e ridurrà le proprietà meccaniche delle parti. Anche il numero di volte in cui la polvere viene riciclata deve essere controllato e si consiglia di non superare le 5 volte.
Il meccanismo di influenza dei parametri laser sul comportamento di fusione
Potenza del laser, velocità di scansione e spaziatura di scansione sono i parametri fondamentali che influenzano la qualità di fusione della lega di alluminio SLM. La potenza del laser è solitamente impostata nell'intervallo 200-400 W. Se la potenza è troppo elevata, la pozza di fusione sarà troppo profonda e la zona interessata dal calore si espanderà. Se la potenza è troppo bassa potrebbero verificarsi difetti di fusione. Si consiglia di regolare la velocità di scansione nell'intervallo 600-1200 mm/s. Se la velocità è troppo elevata, il canale di fusione sarà discontinuo. Il passo di scansione è generalmente 80-120μm. La densità di energia volumetrica è un indicatore per la valutazione completa dei parametri laser e l'intervallo consigliato è 30-60J/mm³.
Strategia di controllo della densità e prevenzione dei difetti
L'obiettivo di densità delle parti SLM in lega di alluminio è superiore al 99%, che costituisce la base per garantire che le proprietà meccaniche soddisfino gli standard. La densità insufficiente è spesso causata da parametri di processo errati, scarsa qualità della polvere o problemi dell'ambiente di stampa. I tipi comuni di difetti includono porosità, mancanza di fusione, crepe e distorsione termica. I difetti di porosità si dividono in due categorie: pori di processo e pori di materiale. I pori del processo possono essere ridotti ottimizzando i parametri del laser. I difetti non fusi si verificano principalmente tra strati o canali di fusione e possono essere migliorati aumentando la potenza del laser e riducendo la velocità di scansione.
Post-elaborazione e ottimizzazione delle prestazioni delle parti SLM in lega di alluminio
Dopo la stampa, le parti SLM in lega di alluminio devono passare attraverso una serie di processi di post-elaborazione per soddisfare i requisiti prestazionali finali. Il primo è il trattamento di pressatura isostatica a caldo (HIP), che elimina i pori interni e le microfessure in un ambiente ad alta temperatura e alta pressione, migliorando le prestazioni a fatica del 30-50%. Il secondo passaggio è il trattamento termico di invecchiamento della soluzione solida e il sistema di trattamento termico appropriato viene selezionato in base alla qualità del materiale. In termini di trattamento superficiale, la pallinatura può essere utilizzata per migliorare lo stato tensionale residuo superficiale.
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