Якість виробу, включаючи кінцеву щільність металу і шорсткість поверхні, в першу чергу, залежить від характеристик ванни розплаву (форма і розмір), які в значній мірі управляються зміною щільності енергії лазерного променю, що є по суті мірою енергії, яка підводиться в процесі друку [1]. Управління AED може бути досягнуто зміною відповідних параметрів, що контролюються. Потужність лазера P (Вт), швидкість сканування V (мм/с), відстань між треками (перекриття ванни розплаву) d (мм) є найбільш важливими параметрами і пов'язані з щільністю енергії лазера як:

AED = P/ (V·d).

Щільність енергії визначає кількість теплоти, що підводиться до кожної точки лазерного треку і, відповідно глибину, ширину проплавлення і час існування металу в розплавленому вигляді. Також зі збільшенням питомої енергії посилюється гідродинамічна нестабільність ванни розплаву. Вплив щільності енергії на ширину ванни розплаву більш значущий, ніж на глибину ванни розплаву. Однак глибина ванни розплаву збільшується, а ширина ванни розплаву зменшується зі збільшенням швидкості сканування лазера [2].

При низькому значенні LED в'язкість ванни розплаву буде високою. Отже, менше порошку буде розплавлено, і згодом буде витрачено більше часу. Проте, при високій швидкості сканування лазером буде досягатися малий час витримки над порошком, тому буде витрачатися менше часу. Як правило, при високій LED досягається крупніша і з більш високою температурою ванна розплаву [3]. А досить велика ванна розплаву призведе до хорошого розподілу розплаву і до повністю щільного друку.

При високій LED (висока потужність і низька швидкість), спостерігається більш глибоке проникнення, яке може досягати від 5 до 25 шарів. При такій ситуації один і той же мікрооб'єм металу піддається багаторазовому переплаву, що несприятливо позначається на якості металу.

Таким чином, пошук раціональної швидкості сканування та відстані між треками є компромісом між продуктивністю і якістю процесу побудови. Для певних чинників друку (кожного матеріалу/ обладнання/ деталі) необхідно знаходити цей оптимум і це є одним з можливих шляхів поліпшення структури.

В роботі [4] згадується, що параметр відстань між треками є доволі важливим параметром і приводяться результати аналізу мікроструктури (рис. 1) зразків, надрукованих шарів за рекомендованими технологічними параметрами потужності (380Вт) та швидкості сканування (600 мм/с) та варіативним застосуванням відстані між треку 0,05; 0,08; 0,12; 0,15 мм.

Рисунок 1. Типові мікроструктури перерізів окремих шарів, сформованих з попередньо легованих порошків на основі Nb при різних відстанях штрихування (мм) (потужність лазера 380 Вт, швидкість сканування 600 мм/с) [4]

В результаті проведеного аналізу впливу відстані між треками автори роботи [4] дійшли висновку, що відстань між треками не повинна перевищувати ½ попереднього треку. Це дозволить створити надійний зв’язок сусідніх треків без формування пустот між ними в наслідок великої відстані.

Інші автори [5] стверджують, що зазвичай перекриття визначається розміром порошку та товщиною шару. Наприклад, автори роботи [6] стверджують, що відстань між треками не повинна перевищувати 10…30 % перекриття попереднього треку (рис. 2).

Коефіцієнт перекриття 30%

(відстань сканування 0,07 мм)

Коефіцієнт перекриття 10%

(відстань сканування 0,09 мм)

Рисунок 2. Експеримент з різними коефіцієнтами перекриття для форми регулярної та тонкої доріжки [6]

Враховуючи вище зазначене, можна зробити висновок, що при малій наявній кількості публікацій, кінцеві рекомендації щодо раціональних співвідношень, відсотків перекриття та відстань між треками доволі сильно різняться, що, вказує на прогалину в даній області. Відсутність приділеної уваги до даного питання переважно пов’язана з тим, що LPBF-технологія формує виріб пошарово. Таким чином, послідуючі шари при застосуванні різних стратегій сканування та інших технологічних параметрів компенсують відсутність треку шляхом перекриття металом з наступних шарів.

Література:

1.       Mauduit A., Gransac H., Auguste P., Pillot S. (2019). Study of AlSi7Mg0.6 alloy by selective laser melting:Mechanical properties, microstructure, heat treatment.Journal of Casting & Materials Engineering, 3(1): 1.https://doi.org/10.7494/jcme.2019.3.1.1

2.       Реалізація технології селективного лазерного плавлення в Україні. Аджамський С. В., Кононенко Г. А., Подольський Р. В., Бадюк С. І. Київ, Наукова думка, 2022, 120 с. https://doi.org/10.15407/978-966-00-1856-3

3.       Yamane Y, Hayashi K, Narutaki N. High Speed Machining of Inconel 718 with Ceramic Tools (2nd Report). Journal of the Japan Society for Precision Engineering, 1995, 61(10), 1463–1467.

4.       Guo Y., Jia L., Kong B., Wang N., Zhang H. (2018). Single track and single layer formation in selective laser melting of niobium solid solution alloy. Chinese Journal of Aeronautics, 31(4): 860–866.

5.       Rokosz K., Lahtinen J., Hryniewicz T., Rzadkiewicz S. (2015). XPS depth profiling analysis of passive surface layers formed on austenitic AISI 304L and AISI 316L SS after high-current-density electropolishing. Surf. Coat. Technol. 276, 516.

6.       Wang D, Yang Y, Su X, Chen Y. (2012). Study on energy input and its influences on single-track, multi-track, and multi-layer in SLM. Int J Adv Manuf Technol; 58(9):1189–99