Ảnh hưởng chính của sự phân bổ kích thước hạt bột hợp kim titan đến chất lượng in SLM

Yêu cầu đặc tính kích thước hạt của bột hợp kim titan

Hợp kim titan (Ti6Al4V) là một trong những vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong in kim loại SLM và đặc tính bột của nó có tác động quyết định đến chất lượng in. Sự phân bố kích thước hạt bột hợp kim titan lý tưởng nằm trong khoảng 15-45 μm, cho thấy hình dạng phân bố bình thường. Bột có kích thước hạt quá nhỏ (dưới 15 μm) có tính lưu động kém và dễ kết tụ. Nó còn tạo ra bụi bay trong quá trình rải bột, ảnh hưởng đến chất lượng in ấn và an toàn vận hành. Bột có kích thước hạt quá lớn (lớn hơn 45 μm) không tan chảy hoàn toàn và dễ bị khuyết tật do không nóng chảy. Các giá trị D10, D50 và D90 của bột cần được kiểm soát trong phạm vi chỉ định và giá trị D50 tốt nhất là 25-35 μm. Chiều rộng phân bố kích thước hạt (khoảng) của bột phải nhỏ hơn 1,5. Sự phân bố quá rộng sẽ dẫn đến hành vi nóng chảy không nhất quán.

Mối quan hệ giữa độ cầu của bột và độ lỏng

Độ cầu của bột là chỉ số chính để đánh giá chất lượng của vật liệu SLM. Độ cầu của bột hợp kim titan chất lượng cao phải lớn hơn 90%, gần bằng một quả cầu hoàn hảo. Bột hình cầu có tính lưu động và độ rải bột đồng đều tốt hơn, đảm bảo độ dày đồng đều của từng lớp bột. Các hạt vệ tinh (các hạt nhỏ gắn trên bề mặt của các hạt lớn hơn) làm giảm khả năng chảy của bột và cần được kiểm soát ở mức tối thiểu. Độ nhám bề mặt bột cũng ảnh hưởng đến tính lưu động và bề mặt bột được chuẩn bị bằng phương pháp nguyên tử hóa plasma kết hợp cảm ứng (IGA) mịn hơn. Kiểm tra khả năng chảy của bột bao gồm kiểm tra tốc độ dòng chảy Hall và kiểm tra góc nghỉ. Giá trị tốc độ dòng chảy phải nhỏ hơn 25s/50g.

Ảnh hưởng của sự phân bố kích thước hạt đến trạng thái nóng chảy

Có sự khác biệt về độ hấp thụ và tốc độ nóng chảy của các hạt bột với kích thước hạt khác nhau khi chiếu xạ laser. Các hạt mịn có diện tích bề mặt riêng lớn, hiệu suất hấp thụ ánh sáng cao và tốc độ nóng chảy nhanh, nhưng chúng dễ bị quá nhiệt và mài mòn. Sự nóng chảy của các hạt thô đòi hỏi năng lượng đầu vào cao hơn và độ sâu nóng chảy lớn hơn. Sự phân bố kích thước hạt không đồng đều sẽ dẫn đến các kênh nóng chảy không ổn định và ảnh hưởng đến mật độ và chất lượng bề mặt của các bộ phận. Các thông số laser cần được tối ưu hóa dựa trên đặc tính của bột. Mật độ năng lượng quá cao sẽ gây ra hiệu ứng lỗ khóa, còn mật độ năng lượng quá thấp sẽ dẫn đến thiếu sự hợp nhất. Chiến lược quét cũng ảnh hưởng đến hiệu ứng tan chảy và khoảng cách quét hợp lý cần phù hợp với kích thước hạt bột.

Mối quan hệ giữa chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước

Kích thước hạt bột ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt của chi tiết in. Bột mịn có thể thu được bề mặt tinh tế hơn và giá trị Ra có thể được kiểm soát trong khoảng 5-10μm. Bề mặt được in bằng bột thô cứng hơn và giá trị Ra thường là 15-25μm. Đối với các bộ phận có yêu cầu chất lượng bề mặt cao, cần sử dụng bột mịn hơn hoặc gia công và đánh bóng sau khi in. Đặc tính bột cũng sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác kích thước của các bộ phận. Bột có tính lưu động tốt có thể đảm bảo độ dày lớp phủ bột ổn định và cải thiện độ chính xác theo hướng Z. Mật độ khối của bột ảnh hưởng đến độ co rút mật độ sau khi tan chảy, do đó ảnh hưởng đến kích thước bộ phận.

Quản lý tái chế và kiểm soát chất lượng bột

Việc kiểm soát chất lượng bột hợp kim titan cần phải xuyên suốt toàn bộ quá trình thu mua, sử dụng và tái chế. Khi mua bột mới, bạn cần phải có chứng chỉ vật liệu và báo cáo phân tích kích thước hạt để xác nhận rằng nó đáp ứng các thông số kỹ thuật. Cần phải sàng lọc trước khi sử dụng để loại bỏ các chất kết tụ và tạp chất lớn. Trong quá trình in, cần theo dõi tình trạng bột, bổ sung bột mới thường xuyên và giữ cho kích thước hạt bột trong bể bột ổn định. Khi tái chế bột, cần thường xuyên phát hiện những thay đổi trong phân bố kích thước hạt và sàng lọc bột mịn và tạp chất. Bột phải được bảo quản ở nơi khô ráo, không khí trơ để tránh hấp thụ độ ẩm và oxy hóa. Khuyến cáo nên kiểm soát số lần sử dụng bột trong vòng 5-8 lần. Hiệu suất của bột sẽ giảm đáng kể sau nhiều chu kỳ.