Установка SLS печати и методика работы на ней Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 004.35

УСТАНОВКА SLS ПЕЧАТИ И МЕТОДИКА РАБОТЫ НА НЕЙ

Арайлым Асеткызы Боленхан

Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, магистрант кафедры наноматериалов и нанотехнологий, тел. (913)873-87-88, e-mail: b.araiko.08@mail.ru

Василий Викторович Федоров

Томский политехнический университет, 634050, Россия, Томск, пр. Ленина, 2а, строение 11г, директор центра «Современные производственные технологии», тел. (909)542-21-45, e-mail: fedorov@tpu.ru

Никита Владимирович Мартюшев

Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения и технологий металлов, научный руководитель центра «Современные производственные технологии», тел. (953)924-81-67, e-mail: martjushev@tpu.ru

В рамках работы были выполнены эксперименты по определению возможности получения сплавов методом SLS, проанализированы процессы, лежащие в основе технологии лазерного сплавления порошков металлов, обуславливающие качество получаемых заготовок. Определены режимы работы используемого 3D-принтера позволяющие получать высокое качество поверхности напечатанных образцов. По результатам работы так же показано, что к порошкам металлов должны предъявляться высокие требования по дисперсности и соотношению характерных размеров.

Ключевые слова: 3D-печать, аддитивные технологии, SLS, лазерный принтер, печать металлическими порошками.

INSTALLING THE SLS PRINTING AND METHODS OF WORK ON IT

Arailym A. Bolenkhan

Tomsk Polytechnic University, 634050, Russia, Tomsk, 30 Lenina St., undergraduate the Department of Nanomaterials and Nanotechnologies, tel. (913)873-87-88, e-mail: b.araiko.08@mail.ru

Vasily V. Fedorov

Tomsk Polytechnic University, 634050, Russia, Tomsk, 2a Lenina St., building 11g, Director Center «Modern manufacturing technologies», tel. (909)542-21-45, e-mail: fedorov@tpu.ru

Nikita V. Martyushev

Tomsk Polytechnic University, 634050, Russia, Tomsk, 30 Lenina St., Ph. D., Associate Professor, Department of Materials science and technologies of metals, scientific director Center «Modern manufacturing technologies», tel. (953)924-81-67, e-mail: martjushev@tpu.ru

Within work experiments by definition of receiving possibility an alloy were executed by the SLS method. For the powder used in experimental works its absorption sections and albedo are calculated. The operating modes of the used 3D printer allowing to receive high quality of a printed samples surface are defined. By results of work it is also shown that great demands for dispersion and a ratio of the characteristic sizes have to be made of metals powders.

Key words: 3D-printing, additive technology, the SLS, laser printer, printing metal powders.

В настоящее время, во всем мире значительные ресурсы тратятся на развитие аддитивных технологий, называемыми ЭЭ-технологиями. Для создания новых перспективных разработок требуются не только значительные финансовые средства, но и квалифицированные научные кадры. Томский политехнический университет (ТПУ) начал активно участвовать в разработке и продвижении аддитивных технологий. На базе ТПУ создан центр аддитивных технологий.

Исследовательская работа в направлении ЭД печати требует от оборудования возможности работы в широких диапазонах параметров (параметров расходных материалов - размеров и форм используемых порошков, параметров источника тепла - мощность лазера или электронного луча)[1]. Поэтому при создании центра аддитивных технологий установки для реализации выбранных технологий не покупались, а изготавливались подразделениями ТПУ. Был создан макет установки для проведения экспериментальных работ по селективному лазерному сплавлению мелкодисперсных металлических порошков. Данная установка предназначена для выполнения следующих видов работ:

- Теоретические и экспериментальные исследования физико-химических процессов, происходящих в порошковых материалах при воздействиях лазерного излучения.

- Разработка физических основ и методов послойного лазерного спекания и сплавления мелкодисперсных металлических порошков.

- Верификация моделей послойного синтеза материалов

- Обучение студентов

- Разработка промышленной установки селективного лазерного плавления.

Созданная установка SLS включает в себя:

• Источник излучения

• Камера-реактор

• Система развертки лазерного излучения (сканаторная система)

• Программное обеспечение

• Блок управления

• Система подачи и откачки газа

• Система визуального контроля процесса сплавления

На разработанной и изготовленной установке был выполнен ряд экспериментальных работ по печати трехмерных образцов. Проведенные работы показали возможность изготовления изделий из металлических порошков. Использовались порошки стали 12X18H10T размером частиц 50 - 150 мкм, сферической формы. Лазерное спекание заготовки осуществлялось в защитной среде аргона. В экспериментах использовалась подложка также из нержавеющей стали 12X18H10T.

При этом напечатанные образцы обладают шероховатостью поверхности порядка Rz40-80. Минимальная толщина стенки печатаемых образцов составляет 0,15-0,2 мм. Пористость полученных образцов составляет 10-30% в зависимости от выбранных режимов (скорость печати, мощность излучения) и параметров используемого порошка[2-5].

Проведенные экспериментальные работы показывают значительные перспективы применения изготовленного ЭД принтера. Использованная при создании принтера структурная схема показала свою жизнеспособность. Принтер позволяет спекать порошки, формируя заданную конфигурацию получаемых изделий [5-7]. Основной особенностью созданного ЭД принтера является возможность работы в широком диапазоне регулировок и отсутствие ограничений по используемым расходным материалам. Это позволяет использовать порошки, как ведущих зарубежных производителей, так и отечественных. Возможность варьирования рабочих характеристик в значительном диапазоне позволяет использовать принтер в исследовательских целях и для отработки технологий изготовления деталей из новых материалов. Вместе с тем необходимо провести дополнительные исследования по определению режимов работы лазера и подающих механизмов для снижения пористости получаемых образцов и улучшения качества их поверхности.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сапрыкина Н.А., Сапрыкин А.А., Архипова Д.А. Влияние условий послойного лазерного спекания на качество спеченного поверхностного слоя изделий // Сборник трудов VI Международной научно-практической конференции. Юргинский технологический институт; Ответственный редактор Д.А. Чинахов. Томск, 2015. С. 178-183.

2. Осокин Е. Н. Процессы порошковой металлургии // Версия 1.0 [Электронный ресурс]: курс лекций Е. Н. Осокин, О. А. Артемьева. - Электрон. дан. - Красноярск: ИПК СФУ, 2008.

3. Kruth J.P. et al. Selective laser melting of iron-based powder // Journal of Materials Processing Technology, 149 (2004) 616 - 622.

4. Патент US5597589 A, 28.01.1997. Carl R. Deckard Apparatus for producing parts by selective sintering // Патент США № 5597589. 1994.

5. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования. 2-е издание, дополненное и переработанное, Казанцев Е.И. М., «Металлургия», 1975. - 368 с/

6. Рыкалин, Н.Н. Лазерная обработка материалов / Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов, А.Н. Кокора. - Москва: Машиностроение, 1975. - 318 с.

7. Haranzhevskiy E.V. , Danilov D.A., Krivilyov M.D., Galenko P.K. Structure and mechanical properties of structural steel in laser resolidification processing // Materials Science and Engineering A, 375-377 (2004) 502-506.

© А. А. Боленхан, В. В. Федоров, Н. В. Мартюшев, 2017