Quy trình in SLM của hợp kim nhôm AlSi10Mg: từ làm nguội nhanh đến phương pháp chế tạo chi tiết nhẹ

1. Đặc tính vật liệu và giá trị ứng dụng của hợp kim nhôm AlSi10Mg

AlSi10Mg là một hợp kim nhôm đúc hệ nhôm-silic-magie, có tính đúc và khả năng hàn tốt. Ưu điểm của in SLM: mật độ thấp 2,67 g/cm³, độ bền riêng cao, khả năng dẫn nhiệt tốt 130-150 W/mK, tổ chức đông đặc nhanh. Tính chất cơ học: trạng thái in SLM có độ bền kéo 380-450 MPa, giới hạn chảy 230-280 MPa, độ giãn dài 5-12%; sau xử lý nhiệt, độ bền kéo có thể tăng lên 450-500 MPa. Lĩnh vực ứng dụng: chi tiết nhẹ hóa cho ô tô, chi tiết kết cấu hàng không vũ trụ, bộ phận tản nhiệt điện tử.

2. Thông số quy trình SLM và cấu hình thiết bị

Yêu cầu cấu hình thiết bị: công suất laser lớn hơn hoặc bằng 300W, nhiệt độ bệ đỡ 150-200 độ C, khí bảo vệ là argon độ tinh khiết cao. Thông số quy trình khuyến nghị: công suất laser 300-350W, tốc độ quét 1000-1500 mm/s, khoảng cách quét 80-100 micromet, chiều dày lớp 30-40 micromet, tương ứng với mật độ năng lượng 50-70 J/mm³. Chiến lược quét: quét kiểu bàn cờ, quét kiểu đảo nhỏ, xoay 67 độ giữa các lớp.

3. Đặc điểm tổ chức, tính chất và quy trình xử lý nhiệt

Đặc trưng tổ chức của AlSi10Mg in SLM: pha silic siêu mịn, tổ chức eutectic dạng tổ ong, mật độ lệch mạng cao. So với tổ chức đúc: tổ chức SLM mịn hơn và đồng đều hơn, tính chất cơ học cao hơn. Quy trình xử lý nhiệt: xử lý T5 (già hóa nhân tạo ở 160-180 độ C trong 5-6 giờ), xử lý T6 (xử lý dung dịch ở 530-540 độ C kết hợp với già hóa nhân tạo). Gia công sau xử lý: gia công cơ khí, phun bi, anot hóa.

4. Thiết kế và chế tạo kết cấu nhẹ hóa

Phương pháp thiết kế nhẹ hóa: tối ưu hóa topo, kết cấu lưới, kết cấu gia cường vách mỏng. Điểm cần lưu ý trong thiết kế: chiều dày thành lớn hơn hoặc bằng 0,8-1 mm, khoảng cách gân gia cường 10-20 mm, kích thước ô lưới 3-8 mm. Ví dụ: thiết kế một giá đỡ ô tô, thiết kế ban đầu là chi tiết gia công bằng hợp kim nhôm, khối lượng 850 g. Phương án tối ưu hóa topo: tối ưu phân bố vật liệu dựa trên đường truyền tải, in SLM kết cấu lấp đầy dạng lưới, khối lượng giảm còn 380 g, giảm trọng lượng 55%.

5. Các trường hợp ứng dụng thực tế

Trường hợp 1: thiết kế giá đỡ lắp đặt cho hàng không vũ trụ, phương án SLM: thiết kế tối ưu hóa topo kết hợp kết cấu lấp đầy dạng lưới, khối lượng giảm còn 140 g, giảm trọng lượng 56%, chu kỳ sản xuất rút ngắn còn 3 ngày. Trường hợp 2: thiết kế bộ tản nhiệt điện tử, phương án SLM thiết kế kênh dòng chảy bên trong phức tạp kết hợp cấu trúc cánh tản nhiệt bên ngoài, công suất tản nhiệt tăng lên 70W, tăng 40%. Kiểm soát chất lượng: quản lý bột, giám sát quá trình, kiểm tra sau xử lý. Tiêu chuẩn chất lượng: độ đặc chắc lớn hơn 99,5%, độ chính xác kích thước ±0,1 mm, độ bền kéo lớn hơn hoặc bằng 380 MPa.