SLM 3D baskılı paslanmaz çelik modellerin tedarikçisi olarak, bu parçalardaki iç gerilimleri yönetmenin getirdiği zorluklara ilk elden tanık oldum. Seçici Lazer Eritme (SLM), karmaşık ve yüksek mukavemetli paslanmaz çelik bileşenlerin oluşturulmasına olanak tanıyan güçlü bir teknolojidir. Bununla birlikte, baskı işlemi sırasındaki hızlı ısıtma ve soğutma döngüleri genellikle iç gerilimlerin oluşmasına yol açar ve bu da eğrilmeye, çatlamaya ve mekanik özelliklerin azalmasına neden olabilir. Bu blogda SLM 3D baskılı paslanmaz çelik modellerdeki bu iç gerilimleri azaltmak için bazı etkili stratejileri paylaşacağım.
İç Streslerin Kaynağını Anlamak
İç stres konusunu ele almadan önce bunların nereden geldiğini anlamak çok önemlidir. SLM işlemi sırasında, yüksek enerjili bir lazer ışını ince bir paslanmaz çelik toz tabakasını eritir. Lazer toz yatağı boyunca hareket ettikçe erimiş metal hızla katılaşır. Erimiş ve katılaşmış bölgeler arasındaki sıcaklık farkı, termal gradyanlar oluşturur ve bu da iç gerilimlere neden olur.
Bu gerilimler iki ana tipte sınıflandırılabilir: artık gerilimler ve termal gerilimler. Baskı işlemi tamamlandıktan sonra artık gerilimler malzemeye kilitlenirken, ısıtma ve soğutma çevrimleri sırasında termal gerilimler meydana gelir. Her iki türün de yazdırılan parçanın kalitesi ve performansı üzerinde önemli bir etkisi olabilir.
Baskı Öncesi Stratejiler
Malzeme Seçimi
Paslanmaz çelik tozunun seçimi, basılı parçadaki iç gerilim seviyeleri üzerinde derin bir etkiye sahip olabilir. Farklı paslanmaz çelik kaliteleri, termal genleşme katsayıları gibi farklı termal özelliklere sahiptir. Daha düşük termal genleşme katsayısına sahip bir tozun seçilmesi, baskı işlemi sırasında oluşan termal gerilimlerin azaltılmasına yardımcı olabilir.
Örneğin, 316L gibi östenitik paslanmaz çelikler, iyi korozyon dirençleri ve nispeten düşük termal genleşmeleri nedeniyle SLM'de sıklıkla kullanılır. Bu, diğer kalitelere kıyasla bükülme ve çatlamaya daha az eğilimli olmalarını sağlar.
Tasarım Optimizasyonu
Parçanın tasarımı iç gerilimlerin yönetilmesinde çok önemli bir rol oynar. Keskin köşelere ve ince duvarlara sahip karmaşık geometrilerin yüksek gerilim konsantrasyonları geliştirme olasılığı daha yüksektir. Tasarımı optimize ederek bu gerilim konsantrasyonlarını azaltabilir ve basılan parçanın genel kalitesini artırabiliriz.
Bir yaklaşım keskin köşeler yerine yuvarlatılmış köşeler kullanmaktır. Yuvarlatılmış köşeler gerilimi daha eşit bir şekilde dağıtarak çatlama olasılığını azaltır. Ayrıca destek yapılarının eklenmesi, baskı işlemi sırasında parçanın sabitlenmesine ve bükülmenin önlenmesine yardımcı olabilir. Ancak bu destek yapılarının son parça üzerindeki etkilerini en aza indirecek şekilde tasarlamak önemlidir.
Yapı Plakasının Ön Isıtması
Baskı tablasının önceden ısıtılması, basılan parça ile baskı tablası arasındaki termal değişimleri azaltmanın etkili bir yoludur. Baskı plakasını uygun bir sıcaklığa önceden ısıtarak, yazdırılan parçanın soğuma hızını yavaşlatabilir ve termal gerilimleri azaltabiliriz.
Çoğu SLM makinesi, baskı plakasının yaklaşık 100 - 200°C sıcaklığa kadar önceden ısıtılmasına izin verir. Bu ön ısıtma adımı, parçanın baskı plakasına yapışmasını önemli ölçüde artırabilir ve bükülme riskini azaltabilir.
Baskı İçi Stratejiler
Lazer Parametre Optimizasyonu
Lazer gücü, tarama hızı ve tarama aralığı gibi lazer parametreleri, yazdırılan parçadaki iç gerilim seviyeleri üzerinde doğrudan etkiye sahiptir. Bu parametreleri optimize ederek ısı girdisini ve soğutma hızını kontrol edebilir, böylece termal gerilimleri azaltabiliriz.
Örneğin, lazer gücünün arttırılması erime derinliğini artırabilir ve basılan parçanın yoğunluğunu iyileştirebilir. Ancak çok yüksek bir lazer gücü aynı zamanda aşırı ısı girdisine ve artan termal gerilimlere de yol açabilir. Öte yandan, tarama hızının arttırılması ısı girdisini azaltabilir ancak aynı zamanda eksik erimeye de neden olabilir. Bu nedenle lazer parametrelerinin doğru dengesini bulmak çok önemlidir.
Tarama Stratejisi
Yazdırma işlemi sırasında kullanılan tarama stratejisi aynı zamanda iç gerilim dağılımını da etkileyebilir. Isı dağılımını kontrol etmek ve termal gradyanları azaltmak için raster tarama, ada tarama ve kontur tarama gibi farklı tarama stratejileri kullanılabilir.
Örneğin ada tarama, inşaat alanını daha küçük adalara bölmeyi ve her adayı ayrı ayrı taramayı içerir. Bu, tek bir alandaki ısı birikiminin azaltılmasına ve termal gerilimlerin en aza indirilmesine yardımcı olabilir.
Baskı Sonrası Stratejiler
Isıl İşlem
Isıl işlem, SLM 3D baskılı paslanmaz çelik modellerde iç gerilimleri gidermenin en etkili yollarından biridir. Basılı parçayı belirli bir sıcaklığa ısıtıp belirli bir süre tutarak malzemenin rahatlamasını sağlayabilir ve kalan gerilimleri azaltabiliriz.
Tavlama, gerilim giderme ve çözelti işlemi gibi farklı ısıl işlem türleri vardır. Tavlama, parçanın yüksek bir sıcaklığa ısıtılmasını ve ardından yavaşça soğutulmasını içerir. Bu işlem malzemenin sünekliğini artırabilir ve sertliğini azaltabilir. Öte yandan gerilim giderme, malzeme özelliklerini önemli ölçüde değiştirmeden esas olarak artık gerilimleri azaltmak için kullanılan daha düşük sıcaklıkta bir ısıl işlemdir.
İşleme ve Bitirme
Isıl işlemden sonra, basılan parçanın yüzey kalitesini ve boyutsal doğruluğunu daha da geliştirmek için işleme ve bitirme işlemleri gerçekleştirilebilir. İşleme ayrıca yüzey kusurlarının giderilmesine ve gerilim konsantrasyonlarının azaltılmasına da yardımcı olabilir.
Ancak işlemenin parçaya yeni gerilimler de getirebileceğini unutmamak önemlidir. Bu nedenle iç gerilim seviyeleri üzerindeki etkiyi en aza indirmek için uygun işleme parametrelerinin ve tekniklerinin kullanılması gereklidir.
Çözüm
SLM 3D baskılı paslanmaz çelik modellerde iç gerilimleri azaltmak karmaşık ama başarılabilir bir iştir. Baskı öncesi, baskı içi ve baskı sonrası stratejilerin bir kombinasyonunu uygulayarak, iç stres seviyelerini etkili bir şekilde yönetebilir ve basılan parçaların kalitesini ve performansını artırabiliriz.
Eğer bizimle ilgileniyorsanızTıbbi Parçalar için SLA 3D Baskı,3D Baskı Modeli ParçalarıveyaNaylon SLS 3D Baskı Parçalarıveya SLM 3D baskılı paslanmaz çelik modellerde iç gerilimlerin azaltılmasına ilişkin herhangi bir sorunuz varsa, lütfen satın alma görüşmesi için bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin. Size yüksek kaliteli 3D baskı çözümleri ve desteği sunmak için buradayız.
Referanslar
- Gu, D., Shen, Y. ve Ding, Y. (2012). Tıbbi parçaların hızlı üretimi için biyouyumlu metallerin seçici lazerle eritilmesi. Uluslararası Malzeme İncelemeleri, 57(3), 133 - 164.
- Kruth, JP, Leu, MC ve Nakagawa, T. (2007). Katmanlı imalat ve hızlı prototiplemede ilerleme. CIRP Annals - Üretim Teknolojisi, 56(2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., Bertrand, P. ve Smurov, I. (2010). Seçici lazer eritmede lazer tarama stratejisinin artık stres üzerindeki etkisi. Malzeme İşleme Teknolojisi Dergisi, 210(12), 1695 - 1702.
