توصيفگر ها :
ذوب گزينشي با ليزر , استراتژي اسكن , اسكن كانتور , فولاد 316L , دقت ابعادي , زبري سطح
چكيده فارسي :
فرآيند ذوب گزينشي با ليزر (SLM) يكي از فرآيندهاي ساخت افزودني است كه بيشترين سهم را در توليد قطعات فلزي بهوسيله پرينت سهبعدي دارا ميباشد. طي سالهاي اخير مطالعات بسيار گستردهاي درمورد تاثير پارامترهاي فرآوري بر كيفيت قطعات توليدي صورت گرفته است. با اينحال، باتوجه به اهميت و گستردگي اين فناوري در مقايسه با ديگر روشها و همچنين وجود پارامترهاي متعدد مؤثر بر كيفيت قطعات توليدي، نياز به مطالعات جامعتر براي بهرهبرداري كامل از قابليتهاي آن احساس ميشود. مطالعه حاضر با هدف مطالعه تاثير استراتژي و الگوي اسكن سطوح بر كيفيت قطعات پرينت شده، به بررسي پارامترهاي اسكن محيط پيرامون لايهها (كانتور)، تاخير زماني انتقال انرژي پرتو ليزر، و ميزان همپوشاني نواحي اسكن در الگوي اسكن نواري بر كيفيت سطح و دقت ابعادي قطعات فولاد زنگ نزن L316 پرداخته است. نتايج نشان داد كه استفاده از اسكن كانتور به كاهش عيوب سطحي مانند ناهمواريها و بهبود كيفيت سطح منجر ميشود. توان ليزر و سرعت اسكن مورد استفاده براي ايجاد كانتور به عنوان دو پارامتر اساسي، به طور مستقيم بر كيفيت نهايي قطعات تأثير ميگذارند. اين دو پارامتر در قالب چگالي انرژي خطي كانتور تعريف ميشوند كه بيانگر ميزان انرژي اعمال شده توسط ليزر بر روي طول واحد از سطح پودر است. افزايش چگالي انرژي خطي كانتور به كاهش زبري سطح و بهبود كيفيت سطحي منجر شد. پارامترهاي بهينه براي دستيابي به كمترين زبري سطح و بهترين كيفيت، توان 80 وات و سرعت 200 ميليمتر بر ثانيه بود كه چگالي انرژي خطي معادل 4/0 ژول بر ميليمتر ايجاد كرد. همچنين بررسي تأثير توان و سرعت اسكن بر ضخامت ديوارههاي جدار نازك نشان داد كه افزايش توان منجر به گسترش حوضچه مذاب و افزايش ضخامت ديواره ميشود، درحاليكه كاهش سرعت اسكن همين اثر را تقويت ميكند. كمترين ضخامت ديواره 7/105 ميكرومتر بود كه بهطور قابلتوجهي كمتر از مقدار رايج 300 ميكرومتر در اين فناوري است و نشان ميدهد كه با تنظيم دقيق پارامترها، امكان دستيابي به دقت بالاتر در ساخت وجود دارد. همچنين، اختلاف چگالي انرژي بين ناحيه كانتور و هسته بررسي شد. نتايج نشان داد كه افزايش چگالي انرژي كانتور تا %150 بيشتر از ناحيه هسته منجر به كاهش زبري سطح و بهبود كيفيت قطعات ميشود. اين پژوهش نشان داد كه زمان تاخير بهينه براي دستيابي به كيفيت سطحي مطلوب و كاهش عيوب ساختاري، 450 ميكروثانيه است. اين مقدار تاخير باعث كاهش ناپيوستگيها و عيوب داخلي قطعات و همچنين بهبود فرآيند انجماد شد. اما انتخاب صحيح الگوي اسكن و تنظيم پارامترهاي آن، بر كاهش عيوب سطحي و بهبود كيفيت نيز تاثير مستقيم دارد. در بخشي از اين پژوهش، اثر همپوشاني نوارها در استراتژي اسكن نواري بررسي شد. افزايش همپوشاني بين نوارها تا 40 ميكرومتر باعث بهبود تراكم، كاهش تخلخل و افزايش سختي شده است. در اين شرايط، چگالي نسبي 92/99% و سختي 9/227 ويكرز به دست آمد. افزايش همپوشاني تا اين مقدار به كاهش تنشهاي پسماند و بهبود يكپارچگي ساختاري منجر شد. اين نتايج ميتواند راهنماي ارزشمندي براي صنايع مختلف مانند هوافضا، خودروسازي، و پزشكي باشد، به ويژه در كاربردهايي كه به كيفيت سطحي و دقت ابعادي بالا نياز دارند.
چكيده انگليسي :
The selective Laser Melting (SLM) process is an additive manufacturing technique that holds the largest share in the production of metallic components via three-dimensional printing. In recent years, extensive research has been conducted to investigate the effects of processing parameters on the quality of fabricated components. However, given the significance and widespread adoption of this technology compared to other manufacturing methods, as well as the numerous parameters influencing the final part quality, more comprehensive studies are required to fully exploit its capabilities. The present study aims to investigate the influence of scan strategy and scanning patterns on the surface quality of printed components. Specifically, it examines the effects of contour scanning parameters, laser delays, and stripe scan overlap on the surface quality and dimensional accuracy of 316L stainless steel components. The results indicate that contour scanning effectively reduces surface defects, such as irregularities, and enhances surface quality. The laser power and scan speed employed for contour formation are two critical parameters that directly impact the final quality of the components. These parameters are defined in terms of contour linear energy density (LED), which represents the amount of energy applied by the laser per unit length of the powder surface. Increasing the contour LED was found to reduce surface roughness and improve surface quality. The optimal parameters for achieving the lowest surface roughness and the highest quality were 80 W laser power and 200 mm/s scan speed, corresponding to a linear energy density of 0.4 J/mm. Moreover, an analysis of the effects of laser power and scan speed on the thickness of thin-walled structures revealed that higher power leads to a larger melt pool and increased wall thickness, while lower scan speeds further amplify this effect. The minimum wall thickness obtained was 105.7 µm, significantly lower than the typical 300 µm thickness reported in SLM processes. This result demonstrates that precise parameter optimization can enable higher manufacturing accuracy. Additionally, the effect of energy density differences between the contour and core regions was examined. The findings indicate that increasing the contour LED to 150% of the core LED resulted in reduced surface roughness and improved part quality. Furthermore, this study determined that the optimal laser delay time for achieving superior surface quality and minimizing structural defects is 450 µs. This delay effectively reduced discontinuities and internal defects while enhancing the solidification process. However, selecting the appropriate scan pattern and optimizing its parameters also plays a crucial role in minimizing surface defects and improving quality. In another section of this research, the effect of stripe scan overlap was analyzed. Increasing the overlap between stripes up to 40 µm improved part density, reduced porosity, and increased hardness. Under these conditions, a relative density of 99.92% and a hardness of 227.9 Vickers were achieved. Increasing the overlap to this extent contributed to residual stress reduction and enhanced structural integrity. These findings provide valuable insights for various industries, including aerospace, automotive, and biomedical applications, particularly in scenarios where high surface quality and dimensional accuracy are critical.