SLM 3D打印中的参数处理:英国研究人员测试Ti6Al4V细胞结构

发布者:匿名 2019-05-02 浏览量:2021


“工艺参数对Ti6Al4V细胞结构中支柱直径和内部孔隙度的影响”中,伯明翰大学的英国研究人员进一步研究了生物打印过程中支柱尺寸和孔率问题,并讨论了选择性激光熔接(SLM)在增材制造中的总体挑战。在本研究中,SLM 3D打印技术被用来制作Ti6Al4V细胞结构,但具有广泛的不同参数。

虽然多孔结构在当今许多应用中对于汽车和航空航天等行业具有吸引力,但当使用钛合金制造时,它们确保了强度耐腐蚀性和所需的适当密度。然而,更重要的是,像Ti6Al4V这样的晶格结构提供了高生物相容性。由形成细胞的支柱网络组成,这些复杂的结构通常采用传统技术制造,如铸造然而,采用AM技术,可以更快更经济地生产复杂的几何形状。

然而,正如研究人员指出的那样,当条件没有得到适当优化时,SLM打印可能会出现问题由于3D设计和3D打印之间的“不匹配”而导致缺陷。该团队建立了一个测试参数的实验,并指出了改进SLM方法的方法。

使用SLM制造的格子结构

他们创造了一系列结构,范围从100W到300W,扫描速度范围从8000 mm / s到4000 mm / s。评估了关于输入能量对支柱直径和孔隙率水平的影响。正如他们怀疑的,由于先前研究的汇编数据,输入能量增加导致支柱直径增加:

“这种关系归因于倾斜的支柱部分建立在松散的粉末上,这导致游离粉末(部分熔化粉末颗粒)粘附到支柱的表面上。在高输入能量条件下,转移到附着粉末颗粒的能量足够高,从而导致附着的粉末完全熔化,因此成为制造的支柱的一部分。

根据输入能量的变化创建了不同的区域:

•1区 - 低输入能量指向此处,导致支柱中的“不连续”。研究人员指出,这是由于熔池之间缺乏扩散,以及通常会导致SLM缺陷的球化效应。

•2区 - 当能量区域上升时,这是中间激光功率和扫描速度的结果。研究人员注意到,不规则缺陷的形成,熔池之间没有扩散。他们还注意到支柱的不规则形成,导致“波纹”。

•3区 - 这个区域较高的激光功率和较低的扫描速度形成,“减轻了先前形成的扩散缺陷。

显示支柱直径随线性输入能量直径增加而变化的图表。

“在当前的研究中研究的SLM工艺参数表明,输入能量密度对制造的支柱内的支柱直径和孔隙率形态具有显著影响。在改变输入能量的基础上开发了不同的区域另外,观察到Ti6Al4V晶格结构的支柱直径尺寸随着输入能量密度的增加而增加。”研究人员总结说

虽然关于3D打印的许多内容可以说是简单的,但增材制造过程在硬件、软件、所需材料和技术上往往更为复杂。选择性激光熔化虽然可能会带来一些挑战,但仍然是当今研究项目和研究的前沿,从用于热积累检测的新程序到制造钢核部件或使用金属玻璃。

不同制造条件下支柱的扫描电镜图像(a)100W和4000mm / s(b)200W和2400mm / s(c)300W和800mm / s

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