مواد و ساخت پیشرفته

ساخت افزایشی در دهه­های اخیر به دلیل پیشرفت چشمگیر در فناوری لیزر و تولید پودر فلز به سرعت در حال رشد است. انجمن آزمایش و مواد آمریکا (ASTM)، فرآیند ساخت افزایشی[1] (AM) را اینگونه تعریف می‌کند: «ساخت افزایشی، فرایند اتصال مواد برای ساخت قطعات به صورت لایه به لایه از داده‌های مدل سه‌بعدی است».

فن‌آوری‌های ساخت افزایشی شامل انواع متنوعی از تکنیک‌های AM است و می‌توان آن‌ها را با توجه به مواد مورد استفاده، نوع رسوب مواد یا محیط همجوشی (پخت) به سه دسته اصلی طبقه‌بندی کرد که در تصویر زیر نشان داده شده است.

با همه ویژگی­های خوبی که روش­های ساخت افزایشی دارند، بهینه­سازی پارامترهای فرایند برای رسیدن به خواص بهینه قطعات تولیدی از این روش­ها یکی از مهم­ترین چالش­های این زمینه است. به طور خاص، بهینه­سازی فرآیند همجوشی لیزری بستر پودری ([2]L-PBF) باید شامل تمام ویژگی­های فرآیند باشد.

یکی از مهم­ترین پارامترهای فرایند همجوشی لیزری بستر پودری، استراتژی و سرعت اسکن لیزر برای ذوب بستر پودری می­باشد. استراتژی اسکن می­تواند به شدت بر مشخصات دمای حوضچه مذاب در لایه­های تولیدی در ساخت قطعه تأثیر بگذارد. بهینه­سازی پارامترهای پردازش باید شامل ضخامت لایه پودر و محدوده اندازه ذرات پودر نیز باشد. جهت اسکن لیزری تأثیر قابل توجهی بر زبری سطح قطعات AM دارد. این روش یکی از روش­های ایجاد سریع قطعات مهندسی شده، از یک فایل CAD دیجیتال و بدون نیاز به قالب، می­باشد. همچنین توانایی ساخت قطعات طراحی شده در هندسه پیچیده و ساخته شده از فلزات که تولید آنها با استفاده از روش­های سنتی دشوار است را ارائه می­دهد.          

ولی یکی از موانع اصلی در همجوشی بستر لیزری پودری (L-PBF)، عدم تشابه در خواص قطعات تولید شده است. دلیل اصلی این امر، ماهیت غیر ساکن بودن به دلیل تشکیل تلاطم در بالای منطقه حوضچه مذاب همراه با بخار جوش، تبخیر فلز و تشکیل پلاسما و جرقه است. این اثرات در چاپگر منفرد افزایش می‌یابد زیرا دود معلق و در حال گردش با گاز بی‌اثر با افزایش زمان، افزایش می­یابد. همچنین، این اثرات از چاپگری به چاپگر دیگر بسته به اندازه محفظه ساخت و ترتیب جریان گاز متفاوت است. یک مطالعه جدید، بر روی بررسی فرآیند L-PBF به صورت گام به گام متمرکز شده است و آن را به محققان، تکنسین­ها و حتی سازندگان به ویژه کسانی که مبتدی یا فاقد اطلاعات در مورد این فناوری هستند ارائه می­دهد. این مطالعه مسائل اصلی را که باید در یک آزمایشگاه موفق ساخت افزایشی (AM) در نظر گرفته و آموخته شود، برای تولید یک قطعه فلزی کارآمد ارائه می­دهد.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590123022001438