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新SLM方法可增强金属3D打印部件的延展性和韧性

发布人:3D打印商情

责任编辑:激光制造商情

来源:3D打印商情译自3ders.org

2018-04-13 09:48

  最近,新加坡的一个研究小组对SLM(选择性激光熔化)3D打印技术进行了一项高级研究,对于使用金属3D打印工艺的制造项目来说,这些研究结果或许可能是非常宝贵的。在NPG亚洲材料杂志上发表的一篇题为《通过选择性激光熔融同时增强3D打印不锈钢316L强度和延展性》的论文中概述了这项研究的结果。该论文作者是该研究小组的孙中基,西彭坦,舒平托和蔡凯蔡。

  工程师们探索了一系列不同类型的激光器,以及模拟和测量粉末床的特定几何特征和熔化过程,以便提出一种创新方法来提高SLM技术的效率。他们发现,金属3D打印部件的延展性和韧性可以通过其晶体结构的过程工程来加强。

  选择性激光熔化技术包括一个激光束,通过数字3D模型预编程,用于熔化金属粉末的特定区域,以便将金属颗粒熔合在一起形成特定形状。由于3D打印技术具有在一个阶段自动生成复杂几何图形的潜力,因此无需过多的人工或工具成本,这种3D打印技术因而受到重视。

  由于其更高的分辨率和所得部件的强度,SLM优于类似的金属3D打印工艺。尽管与其他技术相比具有强大的优势,但SLM 3D打印在延展性和韧性方面仍然需要改进。通常需要广泛的后处理来提高SLM制造的部件的性能,由于内部孔隙、各向异性、缺乏熔合缺陷和其他问题,这些部件可能很强但过分脆化。多年来,工程师一直在试图解决金属3D打印强度和韧性之间的折衷问题。

  该研究项目试图通过研究使用SLM 3D打印生产的零件的微观结构来解决这个问题。他们发现可以观察到两种不同的晶体学结构,称为<011>和更常见的<001>。前者能够生产出更加坚韧和更具延展性的部件。

  当变形力施加到SLM 3D打印部件时,有两种不同的机制可以使晶体结构变形。一个被称为位错滑动,另一个被称为变形孪生。变形孪生更好地解决了结构中的能量错位问题,因此它是延展性和韧性方面的首选机制。他们发现<011>结构的零件更频繁地表现出这种机制。

  使用复杂的熔池几何和行为模拟,研究人员探索不同的方法来实现所需的晶体学结构。他们发现,更高的激光功率更有可能实现改进的结构,就像更短,更深的熔池一样。

(使用不同激光源的熔池。所有图片来源:NPG Asia Materials)

  研究人员利用海洋级不锈钢316L(一种用于工业用途和SLM 3D打印的常用材料),能够在原位调整晶体结构以实现改进的性能。在设计具有<011>晶体结构的部件中,延展性和韧性水平高达40%。

  他们的工作指出了SLM 3D打印技术的改进方向,根据研究的建议进行工艺工程。这将改善材料性能,并增加金属3D打印的制造重型承重部件的实施。