Obrabotka Metallov. 2017 no. 3(76)

OBRABOTKAMETALLOV № 3 (76) 2017 9 TECHNOLOGY регулировать плотность нанесенного слоя. Слой порошка сканируется лучом лазера по необхо- димой траектории на заданных режимах. После получения единичного слоя стол опускается с помощью шагового двигателя на толщину слоя [13]. С помощью каретки происходит заполнение платформы порошковым материалом для форми- рования следующего слоя. Цикл повторяется до полного создания изделия, затем стол перемеща- ется в исходное положение и готовая деталь из- влекается. Для исключения взаимодействия по- рошка с кислородом и азотом возможна подача в зону лазерного плавления защитного газа. Порошок медный стабилизированный на- ходит широкое применение в различных обла- стях промышленности. Частицы порошка имеют сферическую форму с номинальным размером 0,007 мм, насыпной плотностью 1,25…1,9 гр/см 3 . Шероховатость слоя определялась на микроско- пе OLYMPUS LEXT OLS 4100. В процессе эксперимента были изменены тех- нологические режимы плавления: мощность ла- зерного излучения, скорость сканирования, шаг сканирования, температура подогрева порошко- вой композиции. Были проведены исследования по влиянию защитного газа аргона и механо- активации порошка на шероховатость поверх- ностного слоя из медного порошка, полученно- го методом селективного лазерного плавления. Защитная среда позволяет исключить взаимо- действие порошковых изделий с кислородом и азотом, а также упрочнить поверхность изделия. Механоактивация применяется для увеличения дисперсности, дефектности кристаллической решетки порошка [14]. Механическая обработка порошка осуществлялась в центробежно-плане- тарной мельнице АГО-2. Результаты и обсуждения На первом этапе были проведены предва- рительные поисковые эксперименты для опре- деления приемлемых режимов плавления. Под ними подразумевались режимы, когда единич- ный слой не рассыпался, т. е. обладал некото- рой механической прочностью без значитель- ной деформации. Эксперименты показали, что мощность лазера менее 14 Вт и скорость перемещения луча лазера более 3000 мм/мин являются недостаточными для плавления по- рошкового материала. Мощность более 30 Вт и скорость менее 200 мм/мин приводит к ин- тенсивному окислению и возгоранию порошка. Шаг сканирования более 0,3 мм не позволяет единичным трекам спечься между собой, что препятствует образованию единичного слоя. Увеличение температуры подогрева порошко- вого материала оказывает положительное вли- яние на прочность единичного слоя. Для установления эмпирической зависимо- сти шероховатости слоя из медного порошка от технологических режимов плавления был по- ставлен четырехфакторный эксперимент по про- грамме центрального композиционного плани- рования второго порядка. Для этого реализовали шестнадцать опытов четырехфакторного экспе- римента, провели семь опытов в центре плана и дополнили восьмью опытами в «звездных» точках. Для медного порошка были определе- ны следующие диапазоны режимов плавления: мощность излучения Р = (14…30) Вт, скорость перемещения луча лазера V = (200…3000) мм/мин, шаг сканирования s = (0,1…0,3) мм; температура подогрева порошковой композиции изменялась в диапазоне t = (26…200) °C. Шероховатость поверхности определяли на цифровом бескон- тактном микроскопе Olympus LEXT OLS4100 (рис. 3). На рис. 4–9 показано влияние технологиче- ских режимов и условий плавления на внешний вид поверхности единичного слоя из медного порошка, полученного методом селективного лазерного плавления. Влияние мощности лазера на шерохова- тость поверхности единичного слоя показано на рис. 4. Увеличение мощности с 14 до 30 Вт при V = 1600 мм/мин, s = 0,2 мм приводит к измене- нию R z с 480 до 725 мкм. Влияние скорости перемещения луча лазера на шероховатость поверхности единичного слоя показано на рис. 5. Увеличение скорости с 200 до 3000 мм/мин при Р = 22 Вт, s = 0,2 мм приводит к изменению R z с 750 до 480 мкм. На рис. 5, а име- ются участки равномерного плавления порошка. Воздействие температуры подогрева порош- кового материала на шероховатость поверхности единичного слоя показано на рис. 6. Увеличе- ние температуры с 20 до 200 °С при Р = 30 Вт, V = 3000 мм/мин, s = 0,3 мм приводит к измене- нию R z с 540 до 525 мкм.