Selected problems of additive manufacturing using SLS/SLM processes

Additive Manufacturing (AM) based on Selective Laser Sintering (SLS) and Selective Laser Melting (SLM) is relatively widely used to manufacture complex shape parts made from metallic alloys, ceramic and polymers. Although the SLM process has many advantages over the conventional machining, main disadvantages are the relatively poor surface quality and the occurrence of the material structure defect porosity. The paper presents key problems directly related to the implementation of AM, and in particular the selection and optimization of process conditions. The first section examines the issues of dimensional accuracy, the second surface quality and porosity problem determining the mechanical properties of manufactured products.

W pracy przedstawiono kluczowe problemy związane z wdrożeniem technologii przyrostowej druku 3D w metalu, w szczególności wybór i optymalizację parametrów procesu. W pierwszej sekcji omówiono zagadnienia dokładności, druga porusza temat jakości powierzchni i problem porowatości/ gęstości przetopionego materiału określające właściwości mechaniczne wytwarzanych produktów. Technologia przyrostowa (AM) oparta na selektywnym spiekaniu laserowym (SLS) i selektywnym topieniu laserowym (SLM) jest coraz szerzej stosowana do wytwarzania części o skomplikowanych kształtach. Mimo wielu zalet procesu SLM w porównaniu z konwencjonalną obróbką, głównymi wadami są stosunkowo niska jakość powierzchni i występowanie porowatości/niskiej gęstości przetopionego materiału. Badania doświadczalne przeprowadzone zostały w zakładzie Nowoczesnych Technik Wytwarzania w Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytucie Lotnictwa. Próbki testowe wytworzono na drukarce 3D SISMA MySint 100 przy użyciu proszku CoCr. W badaniach na podstawie analizy wymiarowej sformułowano model matematyczny opisujący zależność średniej chropowatości powierzchni Ra od parametrów procesu SLM. Pomiary geometrii próbek na współrzędnej maszynie pomiarowej CMM i profilometrze wykorzystującym przewodność indukcyjną “Surftest SJ-210” potwierdziły adekwatność modelu matematycznego, a w szczególności, że chropowatość maleje wraz ze wzrostem mocy lasera oraz ze wzrostem odległości między ścieżkami skanowania, natomiast rośnie wraz z grubością proszku i prędkością skanowania. Zwiększenie mocy lasera i zmniejszenie grubości warstwy proszku umożliwia wytwarzanie próbek o porowatości poniżej 1%. Zwiększona grubość warstwy proszku prowadzido szybkiego wzrostu poziomu porowatości i chropowatości powierzchni. Ustawienie niskiej warstwy skutecznie poprawia jakość powierzchni wydruku, ale wyraźnie wydłuża czas drukowania.