Apa saja cacat pencetakan 3D logam yang umum dalam pembuatan cetakan?

一, Kelemahan internal: pembunuh yang tidak dapat Anda lihat yang membuat jamur melemah
1. Porositas
Pori-pori adalah kelemahan internal paling umum pada cetakan pencetakan 3D logam. Masalah ini muncul ketika bahan baku bubuk, parameter proses, dan lingkungan pelindung yang tepat tidak digunakan. Sumber tersebut mengatakan bahwa hal itu dapat dibagi menjadi dua kelompok:
Pori-pori yang terhubung dengan bahan mentah: Saat tetesan logam mengeras, gas di dalamnya tidak keluar seluruhnya. Sebaliknya, ia membentuk pori-pori yang lebarnya hanya beberapa mikrometer. Misalnya, jika bubuk paduan titanium Ti-6Al-4V memiliki gelembung di dalamnya, gelembung tersebut akan langsung masuk ke benda yang sedang dicetak.
Porositas yang disebabkan oleh proses tersebut: Jika kepadatan energi laser terlalu rendah, bubuk logam tidak akan meleleh seluruhnya. Jika energinya terlalu tinggi, kolam cair akan banyak bergerak sehingga menarik gas. Misalnya, dalam proses SLM (Selective Laser Melting), jika kecepatan pemindaian terlalu tinggi atau ketebalan lapisan terlalu besar, kumpulan lelehan menjadi kurang stabil, dan pori-pori berbentuk bola atau elips terbentuk dengan cepat.
Dampak: Pori-pori dapat menurunkan kepadatan cetakan (biasanya di atas 99%), yang dapat menurunkan kekuatan tarik dan umur lelah cetakan secara signifikan. Penelitian telah menunjukkan bahwa kenaikan porositas sebesar 1% dapat menyebabkan penurunan umur kelelahan cetakan Ti-6Al-4V sebesar 20% hingga 30%.
2. Tidak Ada Penggabungan
Cacat non-fusi muncul sebagai ikatan lemah antar lapisan atau garis pemindaian. Hal ini biasanya terjadi jika input energi tidak mencukupi atau prosedur pemindaian yang salah diterapkan. Misalnya:
Kurangnya fusi antar lapisan: Ketika intensitas laser terlalu rendah atau ketebalan lapisan terlalu besar, lapisan logam yang bersebelahan tidak akan meleleh seluruhnya, meninggalkan celah tepi yang tajam.
Penggabungan garis pemindaian yang tidak lengkap: Jika garis pemindaian terlalu berjauhan atau laser tidak cukup tumpang tindih, akan ada partikel bubuk yang tidak meleleh di antara keduanya.
Dampak: Kesalahan non-fusi dapat sangat melemahkan kekuatan geser dan ketahanan benturan cetakan, terutama bila cetakan berada di bawah beban dinamis. Hal ini membuat kemungkinan pecahnya lebih besar. Misalnya, selama proses pencetakan cetakan mobil, kesalahan fusi parsial dapat menyebabkan permukaan cetakan terbelah atau terkelupas.
2, Cacat permukaan: masalah utama yang membuat cetakan kurang akurat
1. Kekasaran permukaan
Kekasaran permukaan cetakan untuk logam pencetakan 3D biasanya Ra 10–20 μm, yang jauh lebih tinggi daripada Ra 0,8–3,2 μm pada pemrosesan biasa. Ada banyak hal yang menjadi penyebabnya, seperti:
Tangga melangkah: Cara pembuatannya, dengan menumpuk lapisan-lapisan di atas satu sama lain, memberikan bentuk berundak di bagian samping.
Perubahan pada kolam cair: Ketika logam cair membeku, hal ini dapat menghasilkan gundukan atau kemiringan jika tegangan permukaan pada kolam cair tidak merata atau aliran udara pelindung tidak stabil.
Dampak: Kekasaran permukaan yang tinggi dapat menyebabkan penumpukan tekanan dan memperpendek umur kelelahan cetakan. Pada saat yang sama, permukaan kasar cenderung menyerap kotoran dan kotoran lainnya dalam pelumas atau cairan pemotongan, sehingga mempercepat keausan. Misalnya, pada cetakan injeksi, permukaan yang terlalu kasar dapat menyebabkan tanda aliran atau kilap yang tidak merata pada permukaan potongan plastik.
2. Bola
Spheroidisasi adalah masalah umum dalam produksi lapisan serbuk berbasis logam.- Hal ini terjadi ketika logam cair membeku menjadi partikel bulat karena tegangan permukaan. Ada banyak hal yang menjadi penyebabnya, seperti:
Kepadatan energi rendah: Serbuk logam tidak meleleh seluruhnya, sehingga membentuk partikel bola terpisah.
Kepadatan energi yang tinggi: Kolam cair terciprat dengan keras, dan tetesannya berubah menjadi bola-bola di atas bubuk yang belum meleleh.
Dampak: Spheroidisasi dapat membuat lapisan serbuk menjadi kurang halus, yang dapat menyebabkan distribusi serbuk tidak merata bahkan merusak scraper saat mencetak lapisan berikutnya. Pada saat yang sama, partikel berbentuk bola akan memperburuk kualitas permukaan cetakan dan mempersulit pemolesan.
3, Cacat struktural: kemungkinan bahaya yang dapat mempengaruhi stabilitas cetakan
1. Stres dan Sisa Retak
Selama proses pencetakan logam 3D, tekanan termal menumpuk karena logam memanas dan mendingin dengan cepat. Jika tegangan sisa lebih tinggi dari kekuatan luluh material, maka dapat menyebabkan keretakan. Ada berbagai macam retakan, seperti:
Retak Pemadatan: Perbedaan suhu antara kolam cair dan logam yang dipadatkan terlalu besar, sehingga logam cair tidak mengalir dengan baik dan tidak dapat mengimbangi deformasi penyusutan.
Membuat sesuatu menjadi cair Retak: Batas butir di zona leleh parsial meleleh dan retak ketika berada di bawah tekanan termal.
Dampak: Retak dapat menyebabkan kegagalan cetakan secara langsung, terutama di tempat dengan suhu tinggi atau bahan korosif, dimana retakan lebih cepat menyebar. Dalam cetakan-pengecoran, misalnya, cacat dapat menyebabkan cairan aluminium bocor, sehingga menimbulkan masalah keamanan.
2. Deformasi akibat lengkungan
Ketidaksesuaian tegangan termal antara media dan benda cetakan merupakan sumber deformasi lengkungan yang paling umum. Ini muncul sebagai lengkungan ke atas atau distorsi keseluruhan pada tepi bagian yang dicetak. Berikut beberapa hal yang menjadi penyebabnya:
Pemanasan awal pada media tidak cukup: Saat pencetakan dimulai, suhu media dan bubuk sangat berbeda, sehingga menyebabkan penyusutan yang tidak merata.
Struktur pendukung tidak dirancang dengan baik: Ketika struktur pendukung dan bagian cetakan disambungkan, tegangan akan menumpuk, yang menyebabkan deformasi saat sambungan dilepaskan.
Dampak: Kelengkungan dan perubahan bentuk dapat menyebabkan ukuran cetakan salah, sehingga mustahil untuk disatukan dengan bagian yang tepat. Dalam kondisi terburuk, benda tersebut harus dibuang dan dibuat kembali, sehingga meningkatkan biaya pembangunannya. Misalnya, saat membuat cetakan injeksi berukuran besar, lengkungan dan deformasi dapat menyebabkan terlalu banyak celah cetakan, yang menyebabkan komponen plastik berkedip.
4, Strategi optimasi: kontrol penuh atas proses dari awal hingga akhir
1. Memperbaiki parameter proses
Mengontrol kepadatan energi: Untuk membuat kumpulan lelehan lebih stabil, ubah kekuatan laser, kecepatan pemindaian, dan ketebalan lapisan. Misalnya, untuk menjaga tingkat lelehan tetap tepat dan risiko percikan tetap rendah, material Ti-6Al-4V harus memiliki kepadatan energi 40–60J/mm³.
Merancang strategi pemindaian: Gunakan taktik pemindaian pulau, pemindaian kotak-kotak, atau pemindaian rotasi untuk mencegah peningkatan tekanan termal. Misalnya, memutar setiap lapisan 67 derajat ke arah pemindaian dapat membantu menghilangkan banyak tegangan sisa.
2. Teknologi untuk pasca-pemrosesan
Pengepresan isostatik panas (HIP) menghilangkan pori-pori bagian dalam dan meningkatkan kepadatan hingga lebih dari 99,9% dalam setelan-tekanan dan-suhu tinggi. Misalnya, kekuatan lelah cetakan SLM yang diberi perlakuan HIP-dapat ditingkatkan lebih dari 50%.
Pemrosesan dan pemolesan dengan mesin: Anda bisa mendapatkan permukaan dengan Ra Kurang dari atau sama dengan 0,4 μm dengan menggunakan pemesinan CNC untuk mengurangi kekasaran dan kemudian pemolesan elektrolitik atau penggilingan getaran.
3. Peningkatan alat dan bahan
Kontrol kualitas bubuk: Untuk mengurangi kesalahan pada bahan mentah, pilih bubuk yang berkualitas-tinggi, memiliki kebulatan tinggi, mengalir dengan baik, dan memiliki konsentrasi oksigen rendah. Misalnya, bubuk yang dibuat dengan atomisasi memiliki kebulatan lebih dari 95%.
Meningkatkan akurasi peralatan: Untuk mendapatkan akurasi posisi ± 5 μm dan mengurangi efek langkah, kami menggunakan laser-presisi tinggi, sistem pemfokusan dinamis, dan kontrol umpan balik-loop tertutup.