SLM prosesinde alüminyum alaşım tozunun erime davranışı ve yoğunluk kontrolü

Alüminyum alaşımlı malzemelerin SLM prosesindeki uygulama avantajları

Alüminyum alaşımı, metal katmanlı imalat alanında önemli bir malzeme kategorisidir. Hafifliği ve yüksek mukavemet özellikleri, havacılık, otomobil üretimi ve endüstriyel ekipman alanlarında geniş uygulama olanaklarına sahip olmasını sağlar. SLM (Seçici Lazer Eritme) işlemi, geleneksel döküm ve işlemenin süreç sınırlamalarını aşarak karmaşık alüminyum alaşımlı yapısal parçaların doğrudan üretimini gerçekleştirebilir. Alüminyum alaşımının yoğunluğu çeliğinkinin yaklaşık üçte biri kadardır, ancak özgül mukavemeti orta karbonlu çeliğinkiyle karşılaştırılabilir, bu da onu hafif tasarım için tercih edilen malzeme haline getirir. SLM sürecinde yaygın olarak kullanılan alüminyum alaşım kaliteleri arasında AlSi10Mg, Al6061, Al7075 vb. yer alır.

Alüminyum alaşım tozunun karakteristik gereklilikleri ve kalite kontrolü

SLM prosesinin, alüminyum alaşım tozunun kalitesine ilişkin katı gereksinimleri vardır. Parçacık boyutu dağılımı 20-63μm aralığında kontrol edilmelidir ve D50 değeri 35-45μm'de optimaldir. İyi akışkanlık ve toz yayılma homojenliği sağlamak için toz küreselliği %90'dan büyük olmalıdır. Tozdaki oksijen içeriği %0,1'in altında kontrol edilmelidir. Aşırı oksijen içeriği erimiş havuzda oksitlenmiş kalıntıların oluşmasına neden olacak ve parçaların mekanik özelliklerini azaltacaktır. Tozun geri dönüştürülme sayısının da kontrol edilmesi gerekir ve 5 katı geçmemesi tavsiye edilir.

Lazer parametrelerinin erime davranışı üzerindeki etki mekanizması

Lazer gücü, tarama hızı ve tarama aralığı, alüminyum alaşımlı SLM'nin erime kalitesini etkileyen temel parametrelerdir. Lazer gücü genellikle 200-400W aralığında ayarlanır. Güç çok yüksekse eriyik havuzu çok derin olacak ve ısıdan etkilenen bölge genişleyecektir. Gücün çok düşük olması durumunda birleşme hataları meydana gelebilir. Tarama hızının 600-1200 mm/s aralığında ayarlanması tavsiye edilir. Hız çok yüksekse erime kanalı süreksiz olacaktır. Tarama aralığı genellikle 80-120μm'dir. Hacimsel enerji yoğunluğu, lazer parametrelerinin kapsamlı değerlendirilmesine yönelik bir göstergedir ve önerilen aralık 30-60J/mm³'tür.

Yoğunluk kontrolü ve kusur önleme stratejisi

Alüminyum alaşımlı SLM parçalarının yoğunluk hedefi %99'un üzerindedir ve bu, mekanik özelliklerin standartları karşılamasını sağlamanın temelini oluşturur. Yetersiz yoğunluk genellikle uygun olmayan işlem parametrelerinden, düşük toz kalitesinden veya yazdırma ortamı sorunlarından kaynaklanır. Yaygın kusur türleri arasında gözeneklilik, füzyon eksikliği, çatlaklar ve termal bozulma yer alır. Gözeneklilik kusurları iki kategoriye ayrılır: proses gözenekleri ve malzeme gözenekleri. Lazer parametreleri optimize edilerek proses gözenekleri azaltılabilir. Kaynaştırılmamış kusurlar çoğunlukla katmanlar arasında veya eriyik kanalları arasında meydana gelir ve bu durum, lazer gücünün arttırılması ve tarama hızının azaltılmasıyla iyileştirilebilir.

Alüminyum alaşımlı SLM parçalarının işlem sonrası ve performans optimizasyonu

Baskıdan sonra, alüminyum alaşımlı SLM parçalarının nihai performans gereksinimlerini karşılamak için bir dizi işlem sonrası süreçten geçmesi gerekir. Bunlardan ilki, yüksek sıcaklık ve yüksek basınç ortamında iç gözenekleri ve mikro çatlakları ortadan kaldıran ve yorulma performansını %30-50 oranında artırabilen sıcak izostatik presleme (HIP) işlemidir. İkinci adım ise katı çözelti yaşlandırma ısıl işlemidir ve malzeme cinsine göre uygun ısıl işlem sistemi seçilir. Yüzey işlemi açısından, yüzey artık gerilim durumunu iyileştirmek için bilyalı dövme kullanılabilir.