Chất lượng của các bộ phận kim loại in 3D phụ thuộc vào bột

Chất lượng bột kim loại là nguyên liệu thô, quyết định phần lớn đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Nhìn chung, độ sạch, hình thái và phân bố kích thước hạt của bột là những yếu tố chính hạn chế hiệu suất tạo hình của các chi tiết.

Hình thái của bột ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng riêng và độ lưu động, từ đó ảnh hưởng đến quá trình nạp và rải bột cũng như hiệu suất cuối cùng của các chi tiết. Trong sản xuất bồi đắp bằng phương pháp nung chảy lớp bột, cơ chế rải bột giúp các hạt bột được rải đều trong khu vực tạo hình, và độ lưu động tốt là chìa khóa để có được lớp bột đồng đều và phẳng. Bột hình cầu và gần hình cầu có độ lưu động tốt, khối lượng riêng cao, mật độ cao và cấu trúc đồng đều, là những loại bột nguyên liệu được ưa chuộng cho sản xuất bồi đắp bằng phương pháp nung chảy lớp bột.

Tuy nhiên, nếu bột rỗng và bột vệ tinh tồn tại trong bột hình cầu và gần hình cầu, hiệu suất cuối cùng của các chi tiết sẽ bị giảm. Bột rỗng chiếm tỷ lệ cao hơn trong bột có kích thước hạt lớn hơn 70µm, điều này sẽ gây ra các khuyết tật như lỗ rỗng trên các chi tiết đã tạo hình khó loại bỏ; Bột vệ tinh sẽ làm giảm độ lưu động của bột và cản trở sự tích tụ đồng đều của bột trong quá trình trải các lớp bột liên tục, từ đó gây ra khuyết tật cho chi tiết. Do đó, bột kim loại dùng trong sản xuất bồi đắp bằng phương pháp nung chảy lớp bột nên giảm thiểu tỷ lệ bột rỗng và bột vệ tinh trong nguyên liệu bột.

Phân bố kích thước hạt bột được sử dụng để mô tả thành phần và sự thay đổi của các hạt có kích thước hạt khác nhau trong hệ thống hạt bột, và là một thông số quan trọng được sử dụng để mô tả các đặc tính của hạt bột.

Kích thước hạt của bột ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng trải bột, tốc độ tạo hình, độ chính xác tạo hình và tính đồng nhất về mặt tổ chức của quy trình sản xuất bồi đắp. Đối với các quy trình khác nhau, kích thước hạt bột được chọn cũng khác nhau. Nhìn chung, công nghệ nung chảy chọn lọc bằng laser (SLM) chọn bột có kích thước hạt từ 15~45µm, và công nghệ nung chảy chọn lọc bằng chùm tia điện tử (SEBM) chọn bột có kích thước hạt từ 45~106µm.

Theo quan điểm nhiệt động lực học và động học, các hạt bột càng nhỏ thì diện tích bề mặt riêng càng lớn và động lực thiêu kết càng lớn, tức là các hạt bột nhỏ có lợi cho việc tạo hình chi tiết. Tuy nhiên, bột có hạt quá mịn sẽ làm giảm độ lưu động, tỷ trọng rời rạc và độ dẫn điện của bột, đồng thời khả năng tạo hình của bột sẽ kém đi, và dễ xảy ra hiện tượng cầu hóa trong quá trình in. Kích thước hạt bột quá thô sẽ làm giảm hoạt động thiêu kết, độ đồng đều của bột và độ chính xác khi tạo hình.

Do đó, theo yêu cầu hiệu suất của các chi tiết cuối cùng, bột thô và bột mịn được kết hợp phù hợp để cải thiện tỷ trọng khối và độ lưu động của bột, có lợi cho quá trình sản xuất bồi đắp bằng phương pháp nung chảy lớp bột. Các nhà nghiên cứu tin rằng trong phạm vi kích thước hạt chung của quy trình sản xuất bồi đắp bằng phương pháp nung chảy lớp bột laser, việc sử dụng phân bố kích thước hạt rộng hơn có thể làm tăng khả năng lấp đầy các hạt có kích thước nhỏ vào các khoảng trống giữa các hạt có kích thước lớn và cải thiện mật độ lớp bột trong quá trình phủ bột.

Từ tình hình nghiên cứu hiện tại về ảnh hưởng của sự thay đổi đặc tính bột đến chất lượng tạo hình, sự thay đổi về kích thước bột, hình thái và trạng thái bề mặt ảnh hưởng đến độ phân tán bột và chất lượng tạo hình của bột. Về mật độ tạo hình, phân bố kích thước hạt hợp lý, độ cầu cao hơn và độ kết dính giữa các hạt giảm có thể cải thiện mật độ rời rạc và chất lượng phân tán bột của bột, giảm hơn nữa số lượng lỗ rỗng và khuyết tật chưa nóng chảy trong mẫu tạo hình, và cải thiện mật độ tạo hình.