بررسي عملي قطعات توليد شده به‌وسيله سامانه نمونه سازي سريع از نوع ذوب ليزري مخلوط پودر آهن و مس

An experimental investigation of fabricated parts by laser melting of Fe-Cu powder mixture, a type of rapid prototyping devices

همواره يكي از اهداف اصلي محققان در تفجوشي ليزري پودرهاي فلزي، بهينه‌سازي پارامترهاي فرآيند به منظور نزديك كردن خواص قطعه توليدي به ماده خام اصلي بوده است. به منظور توليد قطعات چند لاية كاملاً چگال، ابتدا لازم است تا بهينه‌سازي پارامتر‌ها، براي تك لايه بررسي شود. در اين پژوهش، آزمايشها بر روي بستر پودر به عمق 5 ميليمتر انجام شده است. هر قطعه به صورت تك‌لايه و تنها با يك بار اسكن ليزر بر روي بستر پودر توليد شده است. با حركت پرتو ليزر بر روي بستر پودر، قطعات دايره‌اي به قطر 20 ميلي متر توليد شدند. بر اساس پارامترهاي ورودي و آزمايشات اوليه تابعي براي بدست آوردن چگالي انرژي تعريف شد. در نتيجه، پارامترهاي خروجي بر حسب چگالي انرژي و درصد وزني پودر مس بررسي شد. نتايج نشان داد، نمودار تاثير چگالي انرژي و درصد مس بر روي متغيرهاي خروجي داراي يك نقطه زيني است. اين نقطه نشان دهنده تبديل فاز از تف جوشي به ذوب كامل است. شرايط بهينه براي توليد قطعات با نمونه سازي سريع در حالتي است كه استحكام، صافي سطح، دقت ابعادي در بالاترين حد ممكن باشد درحالي كه انقباض ناشي از حجم مذاب، گويي شدگي، تنش حرارتي حداقل باشد. بررسي ها نشان داد كه بهترين شرايط در حالتي است كه چگالي انرژي بين 120-140 و درصد مس بين 18-22 تنظيم شود.

One of the main goals of researchers in the laser sintering process of metal powders is optimization of process parameters in order to reach the properties of manufactured parts to the raw material properties. In order to produce fully dense multi-layer parts, it is necessary to optimize the process parameters of a mono-layer part. In the present study, experiments have performed on a powder bed with the thickness of 5mm. The fabricated parts have been produced by a single laser scanning of the powder bed. By moving the laser beam on the powder bed, circular pieces with a diameter of 20 mm have been produced. Based on preliminary experiments and according to the input parameters, a function has defined for energy density. Therefore, output parameters have investigated based on weight percent of Cu and energy density. Results show that there is a saddle point in the diagram of the effect of energy density and the weight percent of Cu on output parameters. This point shows the transmission of sintering to complete melting. Optimal condition of manufacturing parts by rapid prototyping is the condition which strength, surface finish and dimensional accuracy are at the highest possible level while shrinkage, balling and thermal stresses are at the lowest possible level. The results show that the best condition is while the energy density sets between 120-140 W/m2 and the weight percent of Cu sets between 18-22 %.