Ключевое влияние гранулометрического состава порошка титанового сплава на качество SLM-печати

Требования к размеру частиц порошка титанового сплава

Титановый сплав (Ti6Al4V) является одним из наиболее широко используемых материалов в SLM-печати металлом, и характеристики его порошка оказывают решающее влияние на качество печати. Идеальный гранулометрический состав порошка титанового сплава находится в диапазоне 15-45 мкм, что соответствует нормальной форме распределения. Порошок со слишком мелким размером частиц (менее 15 мкм) имеет плохую текучесть и легко агломерируется. В процессе нанесения порошка также образуется летящая пыль, что влияет на качество печати и безопасность эксплуатации. Порошки с чрезмерно большими размерами частиц (более 45 мкм) не полностью расплавляются и склонны к несплавляемым дефектам. Значения D10, D50 и D90 порошка необходимо контролировать в заданном диапазоне, а значение D50 желательно составлять 25-35 мкм. Ширина распределения частиц по размерам (размах) порошка должна быть менее 1,5. Слишком широкое распределение приведет к нестабильному поведению при плавлении.

Взаимосвязь между сферичностью и текучестью порошка

Сферичность порошка является ключевым показателем для оценки качества материалов SLM. Сферичность порошка высококачественного титанового сплава должна быть более 90%, что близко к идеальной сфере. Сферический порошок имеет лучшую текучесть и равномерность распределения порошка, обеспечивая постоянную толщину каждого слоя порошка. Частицы-сателлиты (маленькие частицы, прикрепленные к поверхности более крупных частиц) снижают сыпучесть порошка, и их следует контролировать до минимума. Шероховатость поверхности порошка также влияет на текучесть, а поверхность порошка, подготовленная методом распыления с индуктивно-связанной плазмой (IGA), становится более гладкой. Испытание на сыпучесть порошка включает испытание на скорость потока Холла и испытание на угол естественного откоса. Значение скорости потока должно быть менее 25 с/50 г.

Влияние распределения частиц по размерам на поведение плавления

Существуют различия в поглощении и скорости плавления частиц порошка с разными размерами частиц при лазерном облучении. Мелкие частицы имеют большую удельную поверхность, высокую эффективность поглощения света и высокую скорость плавления, но они склонны к перегреву и абляции. Плавление крупных частиц требует больших энергозатрат и большая глубина плавления. Неравномерное распределение частиц по размерам приведет к нестабильным каналам расплава и повлияет на плотность и качество поверхности деталей. Параметры лазера необходимо оптимизировать с учетом характеристик порошка. Слишком высокая плотность энергии вызовет эффект замочной скважины, а слишком низкая плотность энергии приведет к отсутствию термоядерного синтеза. Стратегия сканирования также влияет на эффект плавления, поэтому разумное расстояние сканирования должно соответствовать размеру частиц порошка.

Взаимосвязь между качеством поверхности и точностью размеров

Размер частиц порошка напрямую влияет на шероховатость поверхности напечатанных деталей. Мелкий порошок позволяет получить более нежную поверхность, а значение Ra можно контролировать в диапазоне 5-10 мкм. Поверхность, напечатанная крупным порошком, более шероховатая, а значение Ra обычно составляет 15-25 мкм. Для деталей с высокими требованиями к качеству поверхности необходимо использовать более мелкие порошки или подвергать их механической обработке и полировать после печати. Характеристики порошка также влияют на точность размеров деталей. Порошок с хорошей текучестью может обеспечить постоянную толщину порошкового покрытия и повысить точность направления Z. Насыпная плотность порошка влияет на усадку при уплотнении после плавления, что, в свою очередь, влияет на размер детали.

Контроль качества порошка и управление переработкой

Контроль качества порошка титанового сплава должен осуществляться на протяжении всего процесса закупки, использования и переработки. При покупке нового порошка необходимо получить сертификат на материал и отчет о гранулометрическом анализе, подтверждающий его соответствие техническим характеристикам. Перед использованием требуется просеивание для удаления агломератов и крупных примесей. В процессе печати необходимо следить за состоянием порошка, регулярно пополнять запасы нового порошка и поддерживать стабильный размер частиц порошка в пуле порошка. При переработке порошка необходимо регулярно выявлять изменения в гранулометрическом составе и отсеивать мелкий порошок и примеси. Порошок необходимо хранить в сухой инертной атмосфере во избежание впитывания влаги и окисления. Рекомендуется количество раз использования порошка контролировать в пределах 5-8 раз. После нескольких циклов производительность порошка значительно снизится.