Metal 3D baskılı parçaların kalitesi toza bağlıdır

Hammadde olarak metal tozunun kalitesi, nihai ürünün kalitesini büyük ölçüde belirler. Genel olarak, tozun temizliği, morfolojisi ve parçacık boyut dağılımı, parçaların şekillendirme performansını kısıtlayan temel faktörlerdir.

Tozun morfolojisi, yığın yoğunluğunu ve akışkanlığını doğrudan etkiler ve bu da toz besleme ve yayma sürecini ve parçaların nihai performansını etkiler. Toz yatak füzyon eklemeli imalatında, toz yayma mekanizması toz parçacıklarını şekillendirme alanına eşit şekilde yayar ve iyi akışkanlık, düzgün ve düz bir toz yatağı elde etmenin anahtarıdır. Küresel ve küresele yakın tozlar iyi akışkanlığa, yüksek yığın yoğunluğuna, yüksek yoğunluğa ve homojen yapıya sahiptir ve toz yatak füzyon eklemeli imalatı için tercih edilen hammadde tozlarıdır.

Ancak, küresel ve küresele yakın tozlarda içi boş toz ve uydu tozu mevcutsa, parçaların nihai performansı düşecektir. 70 µm’den büyük parçacık boyutuna sahip tozlarda içi boş toz oranı daha yüksektir ve bu durum, oluşturulan parçalarda giderilmesi zor gözenekler gibi kusurlara neden olur; uydu tozu, tozun akışkanlığını azaltır ve sürekli toz katmanlarının yayılması sırasında tozun düzgün bir şekilde birikmesini engelleyerek parça kusurlarına yol açar. Bu nedenle, toz yatak füzyon eklemeli imalat için metal tozları, toz hammaddelerindeki içi boş toz ve uydu tozu oranını en aza indirmelidir.

Toz parçacık boyutu dağılımı, toz parçacık sistemindeki farklı parçacık boyutlarına sahip parçacıkların bileşimini ve değişimlerini karakterize etmek için kullanılır ve toz parçacıklarının özelliklerini tanımlamak için kullanılan önemli bir parametredir.

Tozun parçacık boyutu, toz yayılma kalitesini, şekillendirme hızını, şekillendirme doğruluğunu ve eklemeli imalat sürecinin organizasyonel tekdüzeliğini doğrudan etkiler. Farklı prosesler için seçilen toz parçacık boyutu farklıdır. Genel olarak, lazer seçici eritme teknolojisi (SLM) 15-45 µm parçacık boyutuna sahip tozları, elektron demeti seçici eritme teknolojisi (SEBM) ise 45-106 µm parçacık boyutuna sahip tozları seçer.

Termodinamik ve kinetik açısından bakıldığında, toz parçacıkları ne kadar küçükse, özgül yüzey alanları o kadar büyük ve sinterleme itici kuvveti o kadar büyük olur; yani küçük toz parçacıkları parça şekillendirmeye elverişlidir. Ancak, çok ince parçacıklı tozlar tozun akışkanlığının, yoğunluğunun ve elektriksel iletkenliğinin azalmasına yol açar ve tozun şekillendirilebilirliği bozulur ve baskı işlemi sırasında küreselleşme eğilimi ortaya çıkar. Çok kaba toz parçacık boyutu, tozun sinterleme aktivitesini, yayılma düzgünlüğünü ve şekillendirme doğruluğunu azaltır.

Bu nedenle, nihai parçaların performans gereksinimlerine göre, iri ve ince tozlar, tozların yığın yoğunluğunu ve akışkanlığını iyileştirmek için uygun şekilde eşleştirilir ve bu da toz yatağı füzyon eklemeli imalatına elverişlidir. Araştırmacılar, lazer toz yatağı füzyon eklemeli imalat sürecinin genel parçacık boyutu aralığında, daha geniş bir parçacık boyutu dağılımının kullanılmasının, küçük boyutlu parçacıkların büyük boyutlu parçacıklar arasındaki boşluklara daha iyi dolmasını sağlayabileceğine ve toz serme işlemi sırasında toz yatağı yoğunluğunu iyileştirebileceğine inanmaktadır.

Toz özelliklerindeki değişikliklerin şekillendirme kalitesi üzerindeki etkisine ilişkin mevcut araştırma durumundan, toz boyutu, morfolojisi ve yüzey durumundaki değişiklikler tozun yayılmasını ve şekillendirme kalitesini etkiler. Şekillendirme yoğunluğu açısından, makul parçacık boyutu dağılımı, daha yüksek küresellik ve parçacıklar arasındaki azaltılmış kohezyon, tozun gevşek yoğunluğunu ve toz yayılma kalitesini iyileştirebilir, şekillendirme numunesindeki gözenek ve kaynaşmamış kusur sayısını daha da azaltabilir ve şekillendirme yoğunluğunu iyileştirebilir.