איחוי מיטת לייזר (Laser powder bed fusion) הוא כיום תהליך הייצור הנפוץ ביותר של תוספי מתכת. תחת שליטה של תוכנת עיצוב ושרטוט בעזרת מחשב, הוא יכול להמיס אבקת מתכת באמצעות לייזרים בצפיפות הספק גבוהה.
אמנם ל-LPBF יש ייצור מעולה את היכולת לייצר חלקים עם גיאומטריות מורכבות, אבל הנקבוביות של החלקים היא עדיין החולשה הקטלנית של התהליך. היווצרות "חורי מפתח" (שקעי קיטור) במהלך תהליך הייצור תוביל לנקבוביות, ובכך תפחית את תכונות הסגסוגת, במיוחד את תכונות השבר. זה גם יפחית מאוד את העמידות בפני קורוזיה והתנגדות לעייפות של החלקים.
מסיבה זו, עוזר פרופסור ז'או קאנג מאוניברסיטת טסינגואה, אנתוני ד.רולט מאוניברסיטת קרנגי מלון וטאו סאן מאוניברסיטת וירג'יניה השתמשו בטכנולוגיית הדמיית רנטגן במהירות גבוהה כדי לחקור בפירוט את חור המנעול שנגרם מסגסוגת הטיטניום ( Ti-6Al-4V). תהליך היווצרות מבנה הנקבוביות. תוצאות הניסוי מצאו כי:
1. לנקבובית חור המנעול בחלל ה-PV יש מורפולוגיה חדה וחלקה של גבול, והיא אינה משנה הרבה בין לוחית האור למיטת האבקה.
2.חור המנעול במצב חוסר יציבות קריטי יוצר גלי קול בבריכת ההיתוך, המספק כוח מניע נוסף וחשוב לחור האוויר ליד קצה חור המנעול, מרחיק אותו מחור המנעול והופך לפגם.
3. היווצרות של נקבוביות כדוריות קטנות עשויה לנבוע מקיום אבקה או תנאי התכה גרורתיים.
ראשית, בואו נסתכל על "חור המנעול" הזה
בתנאי התכה של לייזר עם עוצמה גבוהה ומהירות סריקה נמוכה, הניקוב האחורי החזק שנוצר על ידי אידוי מתכת מהיר דוחף את הנוזל המותך שמסביב כלפי מטה, וכתוצאה מכך חללים עמוקים וצרים הנקראים חורי מפתח (חורי מפתח). בתוך חור המנעול, הלייזר הקרן עוברת השתקפויות מרובות, מה שמשפר מאוד את קליטת הלייזר ומשפר את יעילות המרת האנרגיה. עם זאת, בתנאי לייזר מסוימים, דופן חור המנעול משתנה ומתמוטט ללא הרף. תהליך זה מיוחס בדרך כלל לכוח נימי תרמי, האינטראקציה המורכבת של הסעת מרנגוני, לחץ רתיעה ויצירת פלזמה בגז. חוסר היציבות של חור המנעול הזה ייצור נקבוביות, ואם הן יתקבעו בחזית ההתמצקות, הנקבוביות הללו יהפכו לפגמים מבניים מזיקים.
גבול נקבוביות חור המנעול ותפקיד האבקה בהמסת לייזר. (א) חלל PV, האזור המוצל בירוק בהיר מייצג את מערכת ההיתוך היציבה (המורכבת ממערכות חור מפתח, מעבר והולכה יציבות) והאזור הצהוב הבהיר מייצג את מערכת נקבוביות חור המנעול. האזור בגוון הלבנדר והחץ הכחול מצביעים על מידת חוסר היציבות והנקבוביות המוגברת על ידי הוספת אבקה. (ב) תמונת רנטגן ב-P=382 W קבוע ובמהירויות סריקה שונות. החלק העליון הוא אבקה מדגם מיטה. להלן דגימת לוח האור.
מפת החלל של מהירות הספק (PV) יכולה לתאם את איכות המוצר (צפיפות או נקבוביות) עם פרמטרי תהליך (מרווח בין שורות מקטעים), והיא כלי יעיל עבור משתמשי LPBF. עם זאת, ישנם פגמים בבסיס הפיזי של חלל PV, כלומר שימוש ב"מפתח" האם זה מדויק וניתן לחזור על "גבול הנקבוביות" להפריד בין תנאי העיבוד לייצור חלקים צפופים מתנאי העיבוד של חלקים עם חללים. קנה המידה המרחבי של היווצרות חור המנעול הוא רזולוציית זמן תת-ננו-שניות, רזולוציה מרחבית של מיקרון ומגה-הרץ. קצב הפריימים עולה בקנה אחד עם טווח קנה המידה של הדמיית רנטגן במהירות גבוהה. הצוות השתמש בהדמיית רנטגן במהירות גבוהה כדי לשרטט באופן כמותי את גבול נקבובית חור המנעול, להבהיר את אפקט האבקה ולחשוף את המקור הבסיסי של חור המנעול ותנועתו הראשונית בתהליך ה-LPBF. החלק הפגום בחלל ה-PV.
קנה המידה והתנודה של חור המנעול על גבול הנקבוביות. (A) ו-(B) עומק חור המנעול (C) עומק חור המנעול בחלל PV (D) מהירות סריקה ו- (E) כוח לייזר לעומת עומק חור המנעול פונקציית תנודות יחסית (F) תנודה יחסית של עומק חור המנעול בחלל PV (G) קשר פונקציה בין עומק חור המנעול לצפיפות האנרגיה E (H) אורך קיר חור המנעול הקדמי (I) עומק חור המנעול כפונקציה של tanθ
היווצרות ותנועה של חור המנעול המונעים על ידי גלי קול הנגרמים מחוסר היציבות של חור המנעול. (א) תמונת רנטגן של היווצרות חור המנעול (ב) תמונת רנטגן של קרע לא אחיד של הנקבובית תחת פעולת המיקרו-סילון (C, D) ) מתאר נקבובית ותרשים סכמטי של מיקרו-סילון (E) עומק חור המנעול לאורך זמן (F) קוטר נקבוביות שווה ערך מוערך מתרשים C (G) מרחק נקבוביות (H) היווצרות NKB (I) נקבוביות הנגרמת על ידי גלים אקוסטיים שנוצרו על ידי תמונות רנטגן NKB של תנועה ראשונית (J) ו- (K) חור המנעול קריסה, שיקום ותנועה
מחקר זה לא רק מספק בסיס קפדני יותר לחיזוי חלון התהליך, אלא גם מסביר את העמימות של מנגנון יצירת הנקבוביות בספרות על LPBF, שיש לו משמעות רבה כדי למנוע נקבוביות גבוהה ולבנות חלקי מתכת באיכות גבוהה.
קישור למאמר זה: נמצאה הסיבה לחורים קטלניים בהדפסת תלת מימד מתכת!
הצהרה מחודשת: אם אין הוראות מיוחדות, כל המאמרים באתר זה מקוריים. אנא ציין את המקור להדפסה חוזרת: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！
PTJ® מספק מגוון רחב של דיוק מותאם אישית