SLM製の316Lステンレス鋼に及ぼすマルチビームレーザーコンポジットの影響
SLMの積層造形技術は、複雑な形状の金属部品の製造に使用される非常に若い積層造形技術です。このテクノロジーは、レイヤーバイレイヤー方式を使用して、CADデジタルモデルに基づいて3次元エンティティを作成します。この技術は、事前に配置された粉末を選択的に溶融し、溶融および固化して、ほぼ完全に緻密な部品を形成します。高エネルギー集束レーザービームの高い温度勾配と冷却速度、高い残留応力、変形と亀裂、気化と飛沫などにより、ガスによって引き起こされる細孔や未融合細孔などの微細構造欠陥の生成が増加します。減少表面品質を改善します。これらの問題は、積層造形製品の有用性を大幅に低下させます。現在、SLM技術を使用して正常に製造できるステンレス鋼、ニッケル基超合金、チタン合金、コバルト基合金などのさまざまな金属がありますが、製造された製品の静的特性と動的伸縮性を改善するには、依然として多くの作業が必要です。 。行動パフォーマンス、およびその背後にあるメカニズムを理解します。
マルチビーム処理戦略
SLMの製造プロセスでマルチビーム複合処理戦略を使用することを目的とした研究はほとんどありません。直接金属蒸着の場合、AggarangsiとBeuthの両方が、予熱にレーザービームを使用すると、最大応力を20％から30％削減できることを示しています。 Wilkes et al。の研究では、静的レーザービームを使用して粉末床全体の温度を上昇させ、1800°Cまで上昇させることができます。これにより、温度勾配が減少し、セラミック材料の処理が可能になります。さらに、電子ビーム添加剤製造の経験は、残留応力と変形が溶融池の周りの材料を加熱することによって温度勾配を減らすことができることを示しています。
安倍らの研究によると、スポットの大きいレーザービームの直後にレーザービームを溶融・再溶融すると、曲げ強度と硬度を最大化できることがわかった。 Heeling et al。のシミュレーション研究と実験結果は、SLM製造プロセスにおけるマルチビーム戦略が実行可能であり、同じ電力条件下で残留応力を低減し、製造能力をほとんど低下させないことを示しています。マルチビーム処理戦略を理解し、処理の常識を確立するために、溶融池の形状、クラッドチャネルの平坦度、およびマルチビーム処理の最終密度を研究するためのさらなる作業が必要です。
研究結果は、マルチビームの組み合わせ戦略、つまり、粉末を溶融するために使用されるレーザービームよりもはるかに大きいスポット直径を持つ2番目のビームを使用し、最初のレーザービームに密接に従って材料をマイクロメルトすることが大きな影響を与える可能性があることを示していますコンポーネントの性能微細構造、表面粗さ、密度。主な結果は次のとおりです。
1.後加熱とレーザービームの偏位距離が90μmの場合、2つの溶融池境界の存在がはっきりと観察できます。これは、2番目のレーザービームによって凝固が遅延するためです。シミュレートされた温度曲線は、加熱されたレーザービームが特定の時間存在する場合、凝固が特定の深さまで反転できることを示しています。
2.マルチビーム合成戦略により、材料の表面粗さが単一のレーザービームの表面粗さよりもはるかに良くなります。
3.加熱すると元の溶融池の近くに新しい溶融池が形成されるため、レーザー出力を使用して生産能力を高めることができます。つまり、同じエネルギー密度で高いスキャン速度で、材料の密度を上げることができます。は比較的小さくなりますが、スキャン速度が比較的遅い場合は、単一のレーザービームであっても、高エネルギー入力を使用しても、そのエネルギーはより広い領域に分散されます。その大量の熱は密度を増加させます。
4.デュアルビームの走査距離が予熱とその後の加熱で90μmのときに最大の材料密度を得ることができます。濃度測定の結果は、スキャンピッチが45μmと低い場合に逆の結果が得られることを示しています。
このときのダブルビーム再結合の処理結果は、SLMにおけるマルチビーム再結合の有効性を証明しました。これらの戦略は、生産性と柔軟性を低下させることなく、残留応力を低減し、密度を高め、表面粗さを低減するためのリファレンスを提供します。