Введение
В современном мире аддитивные технологии находят все более широкое применение. Это связано с возможностью изготовления конструкций, которые невозможно создать классическими методами, а также с сокращением времени вывода продукта на рынок и получением уникальных свойств конструкций. В данной работе будет рассмотрена аддитивная технология для производства металлоконструкций, а именно 3D-печать методом наплавления металла.
Метод наплавления металла — это современная технология 3D-печати, позволяющая создавать металлические детали с высокой точностью и сложной геометрией. Процесс основан на послойном наплавлении, где металлические порошки или проволока формируют детали, которые затем нагреваются и плавятся с помощью лазера или электронного луча.
Существует несколько технологий, таких как DMLS (Direct Metal Laser Sintering), SLM (Selective Laser Melting) и EBM (Electron Beam Melting). DMLS использует лазер для спекания порошка, SLM полностью плавит его, а EBM применяет электронный луч в вакууме. Преимущества метода включают высокую точность, возможность создания сложных форм и экономичность для малых серий. Однако есть и недостатки: ограниченные размеры деталей, необходимость в специализированном оборудовании и высокие требования к качеству порошка.
Основы 3D печати наплавлением металла
Принципы работы технологии наплавления
Технология наплавления металла основывается на послойном создании объектов из металлических материалов. Процесс включает несколько ключевых этапов:
1. Подготовка модели: Создание 3D-модели детали с использованием CAD-программ и преобразование в формат, совместимый с 3D-принтером.
2. Подбор параметров печати: Настройка 3D-принтера, определение параметров печати (температура, скорость наплавления, мощность лазера или электронного луча) и выбор материала.
3. Процесс наплавления слой за слоем: Равномерное распределение слоя металлического порошка, плавление с помощью лазера или электронного луча, охлаждение и затвердевание, повторение цикла до завершения детали.
Микроструктура металла
Микроструктура материала — это внутреннее строение вещества на микроскопическом уровне, влияющее на его физические и механические свойства. Изменения микроструктуры при 3D-печати могут существенно влиять на прочность, твердость и коррозионную стойкость. Параметры, такие как температура и скорость охлаждения, играют критическую роль в формировании микроструктуры.
Изменение микроструктуры металла при 3D печати
Процессы 3D-печати аналогичны сварке, и изменения в микроструктуре могут значительно влиять на механические свойства конечного продукта. Существуют различные методы 3D-печати, каждый из которых имеет свои особенности. Например, лазерное наплавление позволяет достичь высокой точности, а электроразрядное наплавление может быть более экономичным для крупных изделий.
Влияние температуры и скорости охлаждения
Температура плавления и скорость охлаждения влияют на процессы кристаллизации. Высокая температура может привести к более однородной микроструктуре, а быстрое охлаждение способствует образованию мелкозернистой структуры, что улучшает механические свойства.
Примеры формирования образцов
Сплав Ti-6Al-4V: Наплавка проводилась в защитной атмосфере. Полученный материал не имеет тенденций к растрескиванию и обладает низкой пористостью. Микроструктура представляет собой мартенситный сплав с высокой твердостью.
Сплав Нп-30ХГСА: Наплавка производилась с использованием различных флюсов. Анализ структуры выявил мартенситно-ферритную структуру с высокой твердостью верхней части образца.
Сплав Св-08Г2С: Образцы изготавливали методом селективного лазерного сплавления. Структура образцов состоит из крупных дендритов, что влияет на их механические свойства.
Сплав 04Х19Н9: Микроструктура образцов характеризуется столбчатыми зернами и двухфазной структурой, что также влияет на механические свойства.
Заключение
Изменение микроструктуры металла при 3D-печати подчеркивает значимость современных аддитивных технологий в производстве металлических изделий. Исследования показывают, что методы 3D-печати приводят к значительным изменениям в микроструктуре металлов, влияющим на их механические свойства. Использование порошковых сплавов, таких как Ti-6Al-4V и 316L, позволяет получать однородные микроструктуры с высокой твердостью. Методы дугового наплавления демонстрируют разнообразие микроструктур, что позволяет контролировать свойства в зависимости от выбранного флюса и режима наплавления.