ОБРАЗЕЦ-СВИДЕТЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ДЕТАЛИ, ИЗГОТОВЛЕННОЙ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ПЛАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области изготовления трехмерных изделий из металлических порошков методом селективного лазерного плавления.
Получение качественных изделий сложной формы методом селективного лазерного плавления послойным лазерным синтезом, например, пустотелых изделий с ячеистыми элементами с различной толщиной стенок и расположением в пространстве, требует точного знания режимов ведения синтеза в реальном времени, включая гранулометрический состав порошковой смеси.
Подбор технологических параметров на образцах реального изделия трудоемок и не всегда дает требуемый объем информации.
Известен способ трехмерной печати, включающий создание 3D модели изделия, деление изделия на слои в поперечном сечении, нанесение слоя порошкообразного материала, нанесение рисунка сечения модели на слой порошкообразного материала жидким связующим, послойное отвердевание порошкообразного материала по 3D модели до завершения формирования изделия.
(RU2535704, B22F7/00, B22F3/00, опубликовано 20.12.2014)
Недостатком известного технического решения является то, что использование 3D модели изделия для оптимизации технологических параметров весьма трудоемко и связано со значительными материальными затратами.
Известен полученный спеканием порошков тугоплавких металлов образец-свидетель, выполненный в виде штабика - длинномерной рейки, используемый для исследования труктуры и физико-механических свойств спеченного материала.
(RU1822381,B23F3/10, B22F3/12, опубликовано 15.06.1993)
Однако известная форма известного образца-свидетеля не может быть использована для оптимизации технологических параметров процесса изготовления изделий сложной формы методом селективного лазерного плавления по результатам металлографических или иных исследований качества металла после изготовления конструкции. Это связано с тем, что известная конструкция имеет примерно одинаковые сечения ребер элементарных ячеек и внутренних диагоналей, что не может дать достаточной информации для выбора оптимальных режимов синтеза изделий сложной формы с различной толщиной внутренних стенок и их расположением в пространстве.
Задачей и техническим результатом полезной модели является создание трехмерного образца-свидетеля, который после его изготовления способом селективного лазерного плавления обеспечивает возможность исследовать качество металла его элементов, имеющих различные геометрические размеры элементов и их пространственное положение, для оптимизации параметров способа изготовления.
Технический результат достигают тем, что образец-свидетель для исследования трехмерной деталь из металлического порошка, изготовленной методом селективного лазерного плавления, выполненный в виде трехмерной пространственной структуры, состоящей из как минимум четырех листов с волнообразным профилем, размещенных на равном расстоянии друг от друга, и соединяющих их прутков квадратного сечения, расположенных рядами.
Полезная модель может быть проиллюстрирована примером с использованием фигуры, где:
1 - листы с волнообразным профилем;
2 - прутки квадратного сечения.
Образцы-свидетели по полезной модели изготавливались из никелевого сплава ХН45МВТЮБР (ЭП718) методом селективного лазерного плавления на установке послойного лазерного синтеза SLM 280 Н при следующих исходных технологических режимах: мощность лазера 260 Вт; скорость сканирования 605-1005 мм/с; толщина слоя наносимого порошка 50 мкм; диаметр пятна лазера - 80 мкм; интервал штриховки 120 мкм; стратегия сканирования - островная (шахматная). В результата процесса изготовления был изготовлен образец-свидетель виде трехмерной пространственной структуры, включающей шесть листов (1) с волнообразным профилем, размещенных на равном расстоянии друг от друга, которые соединены между собой прутками (2) квадратного сечения, расположенными рядами.
Расстояния между волнообразными листами (1) толщиной от 0,15 до 1 мм составило 1,5 мм. При этом расстояние между прутками в ряду составило 1 мм при расстоянии между рядами 1 мм.
Затем образец-свидетель по полезной модели был разрезан на части и подвергнут исследованиям качества металла в листах (1), прутках (2) и в местах соединения листа и прутка. Были проведены металлографические исследования пористости, распределения пор, микроструктуры, твердости, шероховатости поверхности, а так же исследования прочностных и механических свойств.
В результате исследований были обнаружены дефекты металла (несплошности и поры) в областях соединения листа и прутка. Были сделаны коррекции по мощности лазерного излучения и скорости сканирования с учетом условий формирования образца-свидетеля в местах соединения листа и прутка. Исследование повторно изготовленного образца-свидетеля с оптимальными параметрами процесса изготовления показали отсутствие дефектов металла в проблемной области.
По результатам исследований образца-свидетеля был выбран оптимальный режим синтеза пространственного изделия сложной формы: мощность лазера 275 Вт, скорость сканирования 605 мм/с, интервал штриховки 120 мкм, диаметр пятна лазера 80 мкм, толщина слоя наносимого порошка 50 мкм, шахматная стратегия сканирования, который может быть использован для печати сложнопрофильных изделий с ячеистыми элементами, например, пустотелых лопаток компрессоров высокого давления и турбин.
Таким образом, образец-свидетель по полезной модели обеспечил выполнение своего назначения: возможность оптимизировать технологические параметры процесса селективного лазерного плавления при изготовления изделий сложной формы, имеющих различные геометрические размеры элементов и их пространственное положение.