Триває друк

2021 №05 (02) DOI of Article
10.37434/as2021.05.03 		2021 №05 (04)

Автоматичне зварювання 2021 №05


Журнал «Автоматичне зварювання», № 5, 2021, с. 21-27

Підвищення продуктивності слп-процесу шляхом регулювання діаметра фокусної плями променю лазерного пучка

С.В. Аджамський1, Г.А. Кононенко1,2, Р.В. Подольський1,2


1LLC «Additive Laser Technology of Ukraine». 49000, м. Дніпро, вул. Рибинська, 144. E-mail: info@alt-print.com
2Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України. 49000, м. Дніпро, пл. Академіка Стародубова, 1. E-mail: office.isi@nas.gov.ua

Селективне лазерне плавлення (СЛП) – один з сучасних методів адитивного виробництва, який дозволяє створювати з металевого порошку деталі високої щільності з унікальною геометрією. Для підвищення продуктивності СЛП-процесу бажаним є збільшення ширини ванни розплаву, оскільки це дозволить збільшити відстань між проходами лазеру і за менший проміжок часу буде побудовано більший об’єм. Однак формування зовнішньої поверхні крупними треками призведе до підвищення її шорсткості, що може суттєво знизити загальну надійність виробу. Для підвищення якості поверхні необхідно зменшувати розміри ванн розплаву, наприклад, зменшенням діаметра фокусної плями лазера. Було досліджено зразки, виготовлені при різних діаметрах фокусної плями з застосуванням однакової потужності лазера. За результатами аналізу технологічних параметрів процесу встановлено, що для підвищення продуктивності СЛП-процесу друк основного тіла виробу може виконуватись при збільшеному діаметрі фокусної плями променю лазерного пучка, а для забезпечення високої якості поверхні друк контурної частини (оболонки) повинен проводитись більш локалізованою фокусною плямою. Відповідно до перерозподілу енергії по перерізу променю відбувається зміна конфігурації ванни розплаву, а відповідно і треку. Встановлено, що для того, щоб уникнути формування глибокого переплавлення через високу концентрацію енергії в центрі променю необхідно знижувати потужність лазера. Бібліогр. 29, рис. 6.
Ключові слова: селективне лазерне плавлення, технологічні фактори, система якості, AISI 316L, питома лінійна енергія


Надійшла до редакції 14.04.2021

Список літератури

1. Frazier, W.E. (2014) Metal additive manufacturing: a review. Journal of Materials Engineering and performance, 23, 6, 1917–1928.
2. Huang, R. et al. (2016) Energy and emissions saving potential of additive manufacturing: the case of lightweight aircraft components. Journal of Cleaner Production, 135, 1559–1570.
3. Ford, S., Despeisse, M. (2016) Additive manufacturing and sustainability: an exploratory study of the advantages and challenges. Journal of cleaner Production, 137, 1573–1587.
4. Conner, B.P., Manogharan, G.P., Martof, A.N. et al. (2014) Making sense of 3-D printing; creating a map of additive manufacturing products and services, Additive Manufacturing, 1–4, 64–74.
5. Liverani, E. et al. (2017) Effect of selective laser melting (SLM) process parameters on microstructure and mechanical properties of 316L austenitic stainless steel. Journal of Materials Processing Technology, 249, 255–263.
6. Yadroitsev, I. et al. (2013) Energy input effect on morphology and microstructure of selective laser melting single track from metallic powder. Journal of Materials Processing Technology, 213, 4, 606–613.
7. Yadollahi, A. et al. (2015) Effects of process time interval and heat treatment on the mechanical and microstructural properties of direct laser deposited 316L stainless steel. Materials Science and Engineering: A., 644, 171–183.
8. Kamath, C. (2016) Data mining and statistical inference in selective laser melting. Int. J. Adv. Manuf Technol., 86, 1659–1677.
9. Sames, W.J., List, F., Pannala, S. et al. (2016) The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing. Int. Mater. Rev., 61, 315–360.
10. Kempen, K., Thijs, L., Yasa, E. et al. (2011) Process optimization and microstructural analysis for selective laser melting of AlSi10Mg. Solid Freeform Fabrication Symposium, 22, 484–495.
11. Kamath, C., Eldasher, B., Gallegos, G.F. et al. (2014) Density of additively-manufactured, 316L SS parts using laser powder-bed fusion at powers up to 400 W. Int. J. Adv. Manuf Technol, 74, 65–78.
12. Amato, K.N., Gaytan, S.M., Murr, L.E. et al. (2012) Microstructures and mechanical behavior of Inconel 718 fabricated by selective laser melting. Acta Mater., 60, 2229– 2239.
13. Аджамский С.В., Кононенко А.А., Подольский Р.В. (2020) Двумерное моделирование нестационарного температурного поля единичного трека из жаропрочного сплава INCONEL 718. Матеріали всеукраїнської науково-методичної конференції «Проблеми математичного моделювання», 1. 42–45 Режим доступу: https://www.dstu.dp.ua/uni/downloads/material_konf_traven_%202020.pdf.
14. Khorasani, A., Gibson, I., Kozhuthala, J. Veetil, Ghasemi, A.H. (2020). A review of technological improvements in laser-based powder bed fusion of metal printers. Int. J. Adv. Manuf Technol. 2020. Vol. 108. Р. 191–209.
15. SLM Solutions (2019) SLM MACHINES. Last modified March 20, 2019, accessed March 21, 2019. https://slmsolutions. com/products/machines
16. Akbari, M., Kovacevic, R. (2019) Closed loop control of melt pool width in robotized laser powder–directed energy deposition process. Int. J. Adv. Manuf Technol., 1–12.
17. Shrestha, R., Shamsaei, N., Seifi, M., Phan, N. (2019) An investigation into specimen property to part performance relationships for laser beam powder bed fusion additive manufacturing. Addit Manuf, 29, 100807.
18. Urhal, P., Weightman, A., Diver, C., Bartolo, P. (2019) Robot assisted additive manufacturing: a review. Robot Comput Integr Manuf, 59, 335–345.
19. SISMA (2019) LMF «laser metal fusion» technology, last modified March 20, 2019, accessed March 21, 2019. https:// www.sisma.com/en/additive-manufacturing/
20. Jafari, R. et. al. (2019) Recent progress and challenges with 3D printing of patterned hydrophobic and superhydrophobic surfaces. Int. J. Adv. Manuf Technol., 1–14.
21. Rausch, A.M., Markl, M., Körner, C. (2019) Predictive simulation of process windows for powder bed fusion additive manufacturing: influence of the powder size distribution. Comput Math Appl, 78(7), 2351–2359.
22. Renishaw (2019) Additive manufacturing products, last modified March 20, 2019. https://www.renishaw.com/en/ additivemanufacturing-products%2D%2D17475. Accessed March 21, 2019.
23. Yeung, H., Lane, B., Fox, J. (2019) Part geometry and conduction based laser power control for powder bed fusion additive manufacturing. Addit Manuf 30:100844.
24. Аджамський С.В., Кононенко Г.А., Подольський Р.В. (2020). Вплив технологічних параметрів SLM-процесу на пористість металовиробів. Автоматичне зварювання, 10, 14–20. DOI: https://doi.org/10.37434/as2020.10.03
25. Аджамский С.В., Кононенко А.А., Подольский Р.В. (2020). Симуляция влияния остаточных напряжений и параметров SLM-технологии на формировние области границ изделия из жаропрочного никелевого сплава Inconel 718. Материалы международной научно-практичской конференции «Информационные технологии в металургии и машиностроении» (17–19 марта 2020, Днепр), Днепр, 4–6. [in Russian]. DOI: https://doi.org/10.34185/1991-7848. itmm.2020.01.001
26. Аджамский С.В., Кононенко А.А., Подольский Р.В. (2020) Исследование влияния режимов SLM-процесса на качество в области контура изделий. Міжнародна конференція «Університетська наука-2020», 1, 157–158. Режим доступу до ресурсу: http://eir.pstu.edu/bitstream/handl e/123456789/17421/%D0%A3_%D0%BA%D0%B0%D1% 8F%20%D0%BD%D0%B0%D1%83%D0%BA%D0%B0_ 2020_%D0%A2_1.pdf
27. Rosenthal, D. (1941) Mathematical theory of heat distribution during welding and cutting. Weld J., 20(5), 220–34.
28. Du, Y., You, X., Qiao, F. et al. (2018) A Model for Predicting the Temperature Fieldduring Selective
29. Promoppatum P., Shi-Ch Yao, Pistorius P.C., Rollett A. (2017). A Comprehensive Comparison of the Analytical and Numerical Prediction of the Thermal History and Solidification Microstructure of Inconel 718 Products Made by Laser Powder-Bed Fusion. Engineering, 3, 685–694.

Реклама в цьому номері: