Исследование влияния основных параметров процесса селективного лазерного плавления на пористость образцов из алюминиевого сплава RS-300

Технология селективного лазерного плавления позволяет изготавливать детали сложной формы из металлов и сплавов. Алюминий и его сплавы получили широкое распространение в авиационной, космической и других отраслях промышленности. Проведено исследование влияния основных параметров процесса селективного лазерного плавления на пористость образцов из алюминиевого сплава RS-300 российского производства. Для изготовления образцов использована установка СЛП-250 и стратегия сканирования лазерным излучением порошкового слоя. Перед проведением экспериментов выполнен гранулометрический, морфологический и химический анализ порошка. Получены образцы плотностью более 99,8 %. Оценка пористости образцов выполнена с помощью метрологического компьютерного томографа. В образцах наблюдались поры круглой и неправильной формы. Поры круглой формы в основном образовывались из-за испарения и наличия полых частиц порошка. Появление пор неправильной формы связано с недостаточной удельной энергией режима выращивания, которая преимущественно зависит от расстояния между штрихами сканирования, скорости сканирования и мощности лазерного излучения. Для оценки микроструктуры образцов подготовлены шлифы, на которых отчетливо наблюдались два вида микроструктуры. Первый представлял собой мелкую микроструктуру в центре ванны расплава, второй — крупную на границе ванны расплава. Нивелировать возникновение пор неправильной формы можно подбором оптимальных режимов выращивания и строгим соблюдением технологического процесса.

Литература

[1] ASTM standard B213-13. Standard test methods for flow rate of metal powders using the hall flowmeter funnel. ASTM, 2013. 4 p.

[2] Григорьянц А.Г., Колчанов Д.С., Дренин А.А. и др. Влияние основных параметров процесса селективного лазерного плавления на стабильность формирования единичных дорожек при выращивании изделий из медных сплавов. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2019, № 6, с. 20–29, doi: http://dx.doi.org/10.18698/0536-1044-2019-6-20-29

[3] Martin J.H., Yahata B.D., Hundley J.M. et al. 3D printing of high-strength aluminium alloys. Nature, 2017, vol. 549, no. 7672, pp. 365–369, doi: https://doi.org/10.1038/nature23894

[4] Liu R., Wang Z., Sparks T. et al. Aerospace applications of laser additive manufacturing. In: Laser additive manufacturing. Woodhead Publ., 2017, pp. 351–371.

[5] Григорьянц А.Г., Колчанов Д.С., Дренин А.А. и др. Исследование механических свойств образцов из медного жаропрочного сплава БрХ0,8, полученных методом селективного лазерного плавления. Цветные металлы, 2021, № 4, с. 66–70. https://doi.org/10.17580/tsm.2021.04.11

[6] Ziri S., Hor A., Mabru C. Effect of powder size and processing parameters on surface, density and mechanical properties of 316L elaborated by Laser Powder Bed Fusion. ESAFORM, 2021, doi: https://doi.org/10.25518/esaform21.1563

[7] Jaber H., Kovacs T., János K. Investigating the impact of a selective laser melting process on Ti6Al4V alloy hybrid powders with spherical and irregular shapes. Adv. Mater. Process. Technol., 2020, doi: https://doi.org/10.1080/2374068X.2020.1829960

[8] Jiang J., Ma Y. Path planning strategies to optimize accuracy, quality, build time and material use in additive manufacturing: a review. Micromachines, 2020, vol. 11, no. 7, art. 633, doi: https://doi.org/10.3390/mi11070633

[9] Diegel O., Nordin A., Motte D. A practical guide to design for additive manufacturing. Springer, 2020. 236 p.

[10] Sun S., Zheng L., Liu Y. et al. Characterization of Al–Fe–V–Si heat-resistant aluminum alloy components fabricated by selective laser melting. J. Mater. Res., 2015, vol. 30, no. 10, pp. 1661–1669, doi: https://doi.org/10.1557/jmr.2015.110

[11] Galy C., Le Guen E., Lacoste E. et al. Main defects observed in aluminum alloy parts produced by SLM: from causes to consequences. Addit. Manuf., 2018, vol. 22, pp. 165–175, doi: https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.05.005

[12] Григорьянц А.Г., ред. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 280 с.

[13] Zhang C., Bao Y., Zhu H. et al. A comparison between laser and TIG welding of selective laser melted AlSi10Mg. Opt. Laser Technol., 2019, vol. 120, art. 105696, doi: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.105696

[14] Дренин А.А., Денежкин А.О., Симонов А.П. Особенности формирования микроструктуры в изделиях, полученных по технологии селективного лазерного плавления из медных сплавов. Политехнический молодежный журнал, 2019, № 1, doi: http://dx.doi.org/10.18698/2541-8009-2019-11-547

[15] Fiedler T., Dörries K., Rösler J. Selective laser melting of Al and AlSi10Mg: parameter study and creep experiments. Prog. Addit. Manuf., 2021, https://doi.org/10.1007/s40964-021-00248-5