Tingkah laku lebur dan kawalan ketumpatan serbuk aloi aluminium dalam proses SLM

Kelebihan aplikasi bahan aloi aluminium dalam proses SLM

Aloi aluminium ialah kategori bahan penting dalam bidang pembuatan bahan tambahan logam. Ciri-cirinya yang ringan dan berkekuatan tinggi menjadikannya mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam bidang aeroangkasa, pembuatan kereta dan peralatan perindustrian. Proses SLM (Selective Laser Melting) boleh merealisasikan pembuatan langsung bahagian struktur aloi aluminium yang kompleks, menembusi had proses pemutus dan pemesinan tradisional. Ketumpatan aloi aluminium adalah kira-kira satu pertiga daripada keluli, tetapi kekuatan khusus adalah setanding dengan keluli karbon sederhana, yang menjadikannya bahan pilihan untuk reka bentuk yang ringan. Dalam proses SLM, gred aloi aluminium yang biasa digunakan termasuk AlSi10Mg, Al6061, Al7075, dsb.

Keperluan ciri dan kawalan kualiti serbuk aloi aluminium

Proses SLM mempunyai keperluan ketat terhadap kualiti serbuk aloi aluminium. Pengagihan saiz zarah harus dikawal dalam julat 20-63μm, dan nilai D50 adalah optimum pada 35-45μm. Sfera serbuk harus lebih besar daripada 90% untuk memastikan kecairan yang baik dan keseragaman penyebaran serbuk. Kandungan oksigen dalam serbuk hendaklah dikawal di bawah 0.1%. Kandungan oksigen yang berlebihan akan menyebabkan pembentukan rangkuman teroksida dalam kolam lebur dan mengurangkan sifat mekanikal bahagian tersebut. Bilangan kali serbuk dikitar semula juga perlu dikawal, dan disyorkan untuk tidak melebihi 5 kali.

Mekanisme pengaruh parameter laser pada kelakuan lebur

Kuasa laser, kelajuan pengimbasan dan jarak imbasan ialah parameter teras yang mempengaruhi kualiti lebur aloi aluminium SLM. Kuasa laser biasanya ditetapkan dalam julat 200-400W. Jika kuasa terlalu tinggi, kolam lebur akan menjadi terlalu dalam dan zon terjejas haba akan mengembang. Jika kuasa terlalu rendah, kecacatan penyatuan mungkin berlaku. Adalah disyorkan untuk melaraskan kelajuan pengimbasan dalam julat 600-1200mm/s. Jika kelajuan terlalu cepat, saluran cair akan terputus. Padang pengimbasan biasanya 80-120μm. Ketumpatan tenaga isipadu ialah penunjuk untuk penilaian menyeluruh parameter laser, dan julat yang disyorkan ialah 30-60J/mm³.

Strategi kawalan ketumpatan dan pencegahan kecacatan

Sasaran ketumpatan bahagian SLM aloi aluminium adalah lebih daripada 99%, yang merupakan asas untuk memastikan sifat mekanikal memenuhi piawaian. Ketumpatan yang tidak mencukupi selalunya disebabkan oleh parameter proses yang tidak betul, kualiti serbuk yang lemah, atau isu persekitaran percetakan. Jenis kecacatan biasa termasuk keliangan, kekurangan gabungan, retak dan herotan terma. Kecacatan keliangan dibahagikan kepada dua kategori: liang proses dan liang bahan. Liang proses boleh dikurangkan dengan mengoptimumkan parameter laser. Kecacatan tidak tergabung kebanyakannya berlaku di antara lapisan atau antara saluran cair, yang boleh diperbaiki dengan meningkatkan kuasa laser dan mengurangkan kelajuan pengimbasan.

Pasca pemprosesan dan pengoptimuman prestasi bahagian SLM aloi aluminium

Selepas cetakan, bahagian SLM aloi aluminium perlu melalui satu siri proses pasca pemprosesan untuk memenuhi keperluan prestasi akhir. Yang pertama ialah rawatan tekanan isostatik panas (HIP), yang menghilangkan liang dalaman dan retakan mikro dalam persekitaran suhu tinggi dan tekanan tinggi, yang boleh meningkatkan prestasi keletihan sebanyak 30-50%. Langkah kedua ialah rawatan haba penuaan penyelesaian pepejal, dan sistem rawatan haba yang sesuai dipilih mengikut gred bahan. Dari segi rawatan permukaan, shot peening boleh digunakan untuk memperbaiki keadaan tegasan sisa permukaan.