Các lỗi in 3D kim loại phổ biến trong sản xuất khuôn mẫu là gì?

一, Sai sót bên trong: những kẻ sát nhân mà bạn không thể nhìn thấy khiến nấm mốc yếu đi
1. Độ xốp
Lỗ chân lông là lỗ hổng bên trong phổ biến nhất trong khuôn in 3D kim loại. Chúng phát sinh khi không sử dụng đúng nguyên liệu bột, thông số quy trình và môi trường bảo vệ. Nguồn nói rằng nó có thể được chia thành hai nhóm:
Lỗ kết nối với nguyên liệu thô: Khi các giọt kim loại đông đặc lại, khí bên trong chúng không hoàn toàn thoát ra ngoài. Thay vào đó, nó tạo thành các lỗ chân lông chỉ rộng vài micromet. Ví dụ: nếu bột hợp kim titan Ti-6Al-4V có bong bóng bên trong, chúng sẽ đi thẳng vào vật phẩm đang được in.
Độ xốp do quá trình gây ra: Nếu mật độ năng lượng laser quá thấp, bột kim loại không tan chảy hoàn toàn. Nếu năng lượng quá cao, bể nóng chảy sẽ di chuyển rất nhiều, kéo theo khí. Ví dụ, trong quy trình SLM (Nung chảy bằng Laser có chọn lọc), nếu tốc độ quét quá cao hoặc độ dày lớp quá lớn, vùng tan chảy sẽ trở nên kém ổn định hơn và các lỗ hình cầu hoặc hình elip hình thành nhanh chóng.
Tác động: Các lỗ rỗng có thể làm giảm mật độ của khuôn (thường trên 99%), điều này có thể làm giảm đáng kể độ bền kéo và tuổi thọ mỏi của khuôn. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng độ xốp tăng 1% có thể làm giảm 20% đến 30% tuổi thọ mỏi của khuôn Ti-6Al-4V.
2. Không có sự kết hợp
Các lỗi không{0}}kết hợp xuất hiện dưới dạng liên kết yếu giữa các lớp hoặc đường quét. Điều này thường xảy ra khi không có đủ năng lượng đầu vào hoặc áp dụng quy trình quét sai. Ví dụ:
Lớp xen kẽ thiếu sự hợp nhất: Khi cường độ tia laser quá thấp hoặc độ dày lớp quá lớn, các lớp kim loại cạnh nhau không tan chảy hoàn toàn, để lại những khoảng trống cạnh sắc nét.
Sự hợp nhất các đường quét không hoàn chỉnh: Nếu các đường quét cách nhau quá xa hoặc tia laser không chồng lên nhau đủ, sẽ có các hạt bột không tan chảy giữa chúng.
Tác động: Các lỗi không-nóng chảy có thể làm suy yếu đáng kể độ bền cắt và khả năng chống va đập của khuôn, đặc biệt là khi khuôn chịu tải trọng động. Điều này làm cho nó dễ bị vỡ hơn. Ví dụ, trong quá trình dập khuôn ô tô, lỗi nung chảy một phần có thể khiến bề mặt khuôn bị tách hoặc bong tróc.
2, Khuyết tật bề mặt: vấn đề lớn khiến khuôn kém chính xác
1. Độ nhám bề mặt
Độ nhám bề mặt của khuôn dành cho kim loại in 3D thường là Ra 10–20 μm, cao hơn đáng kể so với Ra 0,8–3,2 μm của quá trình xử lý thông thường. Có rất nhiều nguyên nhân có thể gây ra nó, chẳng hạn như:
Bậc thang: Cách nó được tạo ra, bằng cách xếp chồng các lớp lên nhau, tạo cho nó một hình dạng bậc thang ở một bên.
Những thay đổi trong bể nóng chảy: Khi kim loại lỏng đông đặc lại, nó có thể tạo ra va đập hoặc sụt giảm nếu sức căng bề mặt trong bể nóng chảy không đồng đều hoặc luồng khí bảo vệ không ổn định.
Tác động: Độ nhám bề mặt cao có thể gây ra ứng suất tích tụ và rút ngắn tuổi thọ mỏi của khuôn. Đồng thời, các bề mặt gồ ghề có xu hướng hấp thụ bụi bẩn và các tạp chất khác trong chất bôi trơn hoặc chất lỏng cắt, làm tăng tốc độ mài mòn. Ví dụ, trong khuôn ép phun, bề mặt quá nhám có thể gây ra các vết chảy hoặc độ bóng không đồng đều trên bề mặt của các miếng nhựa.
2. Bóng
Hiện tượng hình cầu là vấn đề thường gặp trong quá trình sản xuất lớp bột-làm bằng kim loại. Nó xảy ra khi kim loại lỏng đông cứng lại thành các hạt hình cầu do sức căng bề mặt. Có rất nhiều nguyên nhân có thể gây ra nó, chẳng hạn như:
Mật độ năng lượng thấp: Bột kim loại không tan chảy hoàn toàn, do đó nó tạo thành các hạt hình cầu riêng biệt.
Mật độ năng lượng cao: Bể nóng chảy bắn tung tóe xung quanh một cách dữ dội và các giọt biến thành những quả bóng trên lớp bột chưa tan chảy.
Tác động: Quá trình hình cầu hóa có thể làm cho lớp bột kém mịn, dẫn đến phân bố bột không đều và thậm chí làm hỏng dao cạo khi in lớp tiếp theo. Đồng thời, các hạt hình cầu sẽ làm cho chất lượng bề mặt khuôn kém hơn và khó đánh bóng hơn.
3, Khiếm khuyết về kết cấu: những nguy hiểm có thể xảy ra có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của khuôn
1. Căng thẳng và vết nứt còn sót lại
Trong quá trình in 3D kim loại, ứng suất nhiệt tích tụ do kim loại nóng lên và nguội đi nhanh chóng. Nếu ứng suất dư cao hơn cường độ chảy của vật liệu, nó có thể gây ra các vết nứt. Có nhiều loại vết nứt khác nhau, chẳng hạn như:
Vết nứt đông đặc: Sự chênh lệch nhiệt độ giữa bể nóng chảy và kim loại đông đặc quá lớn, do đó kim loại lỏng không chảy tốt và không thể bù đắp cho biến dạng co ngót.
Tạo ra chất lỏng Cracking: Các ranh giới hạt trong vùng nóng chảy một phần tan chảy và nứt khi chúng chịu áp lực nhiệt.
Tác động: Các vết nứt có thể trực tiếp gây hư hỏng khuôn, đặc biệt là ở những nơi có nhiệt độ cao hoặc vật liệu ăn mòn, nơi vết nứt lan rộng nhanh hơn. Ví dụ: trong khuôn đúc khuôn, các lỗ hổng có thể khiến chất lỏng nhôm rò rỉ ra ngoài, điều này có thể gây ra các vấn đề về an toàn.
2. Biến dạng do cong vênh
Ứng suất nhiệt không phù hợp giữa chất nền và vật phẩm in là nguyên nhân gây biến dạng cong vênh phổ biến nhất. Nó biểu hiện dưới dạng uốn cong lên trên hoặc biến dạng tổng thể của cạnh của phần in. Sau đây là một số điều có thể gây ra nó:
Làm nóng bề mặt không đủ: Khi bắt đầu in, bề mặt và bột ở nhiệt độ khá khác nhau, gây ra độ co ngót không đồng đều.
Cấu trúc hỗ trợ không được thiết kế tốt: Khi cấu trúc hỗ trợ và phần in được kết nối, ứng suất sẽ tích tụ, gây ra biến dạng khi kết nối được giải phóng.
Tác động: Cong vênh, biến dạng có thể khiến khuôn bị sai kích thước, không thể ghép lại với các bộ phận phù hợp. Trong trường hợp xấu nhất, nó phải bị vứt đi và được tạo lại, điều này làm tăng chi phí xây dựng nó. Ví dụ, khi chế tạo các khuôn ép lớn, hiện tượng cong vênh và biến dạng có thể gây ra khe hở khuôn quá lớn, khiến các bộ phận bằng nhựa bị nhấp nháy.
4, Chiến lược tối ưu hóa: kiểm soát hoàn toàn quy trình từ đầu đến cuối
1. Cải thiện các thông số của quy trình
Kiểm soát mật độ năng lượng: Để làm cho bể tan chảy ổn định hơn, hãy thay đổi công suất laser, tốc độ quét và độ dày lớp. Ví dụ, để giữ mức độ nóng chảy ở mức vừa phải và nguy cơ bắn tung tóe ở mức thấp, vật liệu Ti-6Al-4V phải có mật độ năng lượng là 40–60J/mm³.
Thiết kế chiến lược quét: Sử dụng chiến thuật quét đảo, quét bàn cờ hoặc quét xoay để giữ cho ứng suất nhiệt không tăng lên. Ví dụ, xoay mỗi lớp 67 độ theo hướng quét có thể giúp loại bỏ rất nhiều ứng suất dư.
2. Công nghệ xử lý hậu kỳ
Ép đẳng tĩnh nóng (HIP) giúp loại bỏ các lỗ bên trong và tăng mật độ lên hơn 99,9% ở cài đặt-áp suất cao và nhiệt độ{2}}cao. Ví dụ: khuôn SLM được xử lý HIP{4}}có thể có độ bền mỏi tăng hơn 50%.
Xử lý và đánh bóng bằng máy: Bạn có thể có được bề mặt có Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 0,4 μm bằng cách sử dụng gia công CNC để giảm độ nhám, sau đó đánh bóng điện phân hoặc mài rung.
3. Nâng cấp công cụ và vật liệu
Kiểm soát chất lượng bột: Để giảm thiểu các lỗi trong nguyên liệu thô, hãy chọn loại bột có chất lượng-cao, có độ cầu cao, chảy tốt và có nồng độ oxy thấp. Ví dụ, bột được tạo ra bằng nguyên tử hóa có độ cầu trên 95%.
Nâng cao độ chính xác của thiết bị: Để có được độ chính xác định vị ± 5 μm và giảm hiệu ứng bước, chúng tôi sử dụng tia laser có độ chính xác-cao, hệ thống lấy nét động và điều khiển phản hồi vòng-đóng.