Defectos típicos de las piezas metálicas impresas en 3D

Los defectos del proceso de recubrimiento con polvo y los defectos del proceso de impresión

Los defectos del proceso MPBF pueden dividirse en defectos del proceso de recubrimiento de polvo y defectos del proceso de impresión. Los defectos en el proceso de recubrimiento de polvo incluyen la capa de polvo irregular, y los defectos en el proceso de impresión incluyen las salpicaduras, el fenómeno de las bolas, la porosidad del gas, la rugosidad de la superficie, las grietas, la deformación geométrica, etc. A continuación, se presenta la causa de los diferentes defectos y se resume la influencia de los mismos en la aplicación de las piezas impresas en 3D.

Salpicaduras

Las salpicaduras son uno de los defectos más comunes en el proceso MPBF, que afectan directamente a la interacción entre el láser y el lecho de polvo, y conducen a otros defectos. Los resultados muestran que las salpicaduras son causadas principalmente por el flujo lateral de gas inerte, la fluctuación del baño de fusión y la presión de retrolavado. Las salpicaduras que caen en el lecho de polvo vuelven a depositar partículas metálicas de mayor tamaño, lo que da lugar a una fusión incompleta y a defectos de porosidad del gas, lo que es desfavorable para la resistencia a la tracción y las propiedades de fatiga de las piezas. Además, las salpicaduras que caen en la superficie de la capa solidificada afectarán al recubrimiento de polvo de la siguiente capa, dando lugar a un polvo desigual en la siguiente capa, o incluso dañando el recubridor.

Los defectos del proceso MPBF pueden dividirse en defectos del proceso de recubrimiento de polvo y defectos del proceso de impresión. Los defectos en el proceso de recubrimiento de polvo incluyen una capa de polvo irregular, y los defectos en el proceso de impresión incluyen salpicaduras, fenómeno de balonamiento, porosidad de gas, rugosidad de la superficie, grietas, deformación geométrica, etc. A continuación, se presenta la causa de los diferentes defectos y se resume la influencia de los mismos en la aplicación de las piezas impresas en 3D.

Salpicaduras

Las salpicaduras son uno de los defectos más comunes en el proceso MPBF, que afectan directamente a la interacción entre el láser y el lecho de polvo, y conducen a otros defectos. Los resultados muestran que las salpicaduras son causadas principalmente por el flujo lateral de gas inerte, la fluctuación del baño de fusión y la presión de retrolavado. Las salpicaduras que caen en el lecho de polvo vuelven a depositar partículas metálicas de mayor tamaño, lo que da lugar a una fusión incompleta y a defectos de porosidad del gas, lo que es desfavorable para la resistencia a la tracción y las propiedades de fatiga de las piezas. Además, las salpicaduras que caen en la superficie de la capa solidificada afectarán al recubrimiento de polvo de la siguiente capa, dando lugar a un polvo desigual en la siguiente capa, o incluso dañando el recubridor.

Como uno de los defectos más importantes en el proceso MPBF, la porosidad del gas es uno de los defectos más importantes que afectan a las propiedades mecánicas de las piezas impresas en 3D. En el proceso MPBF, la rápida fusión y solidificación del material y la violenta fluctuación del baño de fusión provocan la porosidad del gas. El tamaño, la cantidad, la forma y la posición de la porosidad del gas tienen un efecto importante en las propiedades mecánicas de las piezas. Cuanto mayor sea la porosidad del gas, menor será la vida a la fatiga de las piezas construidas, y la influencia de la porosidad del gas cerca de la superficie en las propiedades a la fatiga de las piezas construidas es mayor que la de otras posiciones. Según el mecanismo de formación de la porosidad gaseosa, ésta puede dividirse en porosidad gaseosa relacionada con la materia prima y porosidad gaseosa causada por la acción del láser.

La causa de la porosidad de gas es muy complicada y está estrechamente relacionada con los parámetros del proceso. Un proceso de impresión razonable y la optimización continua del proceso siguen siendo condiciones importantes para evitar la aparición de la porosidad gaseosa.

Rugosidad de la superficie

Con el desarrollo de la tecnología MPBF, los tipos de materiales de impresión 3d son cada vez más abundantes, y las propiedades mecánicas de los componentes han mejorado mucho. Sin embargo, la calidad relativamente pobre de la superficie sigue siendo uno de los principales obstáculos para el desarrollo y la aplicación industrial de la MPBF. La rugosidad de la superficie de la capa intermedia afectará a la calidad del polvo de la siguiente capa, dando lugar a defectos internos. La rugosidad de la superficie de construcción afectará seriamente al rendimiento a la fatiga de las piezas.

La calidad de la superficie está estrechamente relacionada con la fluidez del baño de fusión. Ajustando la potencia del láser, la velocidad de barrido, el espesor de la capa de polvo y otros parámetros del proceso, se puede mejorar eficazmente la calidad de la superficie. También se puede utilizar el postratamiento para mejorar la calidad superficial de las piezas, pero aumentará el coste y reducirá la eficacia.

Grietas

Las grietas en el proceso MPBF están relacionadas con la distribución de la temperatura, la tensión residual y la fusión incompleta. Las grietas causadas por la tensión residual pueden dividirse en grietas de solidificación y grietas de licuefacción, que están relacionadas con los materiales. Las grietas de solidificación están causadas por el gran gradiente de temperatura entre el baño de fusión y el metal solidificado, que conduce a la gran deformación del baño de fusión. Sin embargo, la insuficiente fluidez del líquido no puede suplir la deformación causada por el baño de fusión. La grieta de licuefacción aparece en la zona de fusión parcial y está relacionada con el rango de licuefacción, la estructura del grano, el alargamiento térmico y la contracción del material metálico.

Además, la fusión incompleta también puede causar grietas, lo que tiene un impacto fatal en el comportamiento mecánico y la vida de fatiga de las piezas impresas en 3D. Las grietas por falta de fusión suelen producirse entre los canales de barrido adyacentes o entre las capas sedimentadas, lo que se debe principalmente a la fusión incompleta del polvo metálico. Si las grietas son graves, pueden dar lugar a defectos de delaminación.

Deformación geométrica

Debido a las características geométricas, la acumulación de calor, la concentración de tensiones y otras razones de las piezas en el proceso de MPBF, los defectos geométricos pueden formarse en diferentes grados. Un grado pequeño puede conducir a la deformación y el error dimensional, y un grado grave puede conducir a la estructura incompleta, incluso el fracaso de la construcción.