3D tisk – možná alternativa k technologiím odlévání, t váření a obráb ění ? M. Fousová – D. Dvor sk ý – J. Kubásek – D. Vojtě ch
vysoce geometricky složité tvary a současně vysoké využitelnosti materiálu. Není však prozatím schopen zastoupit velkosériovou výrobu, kde stále časově i ekonomicky převažuje běžná výroba. Nicméně i pro specifické aplikace v kusové výrobě je zapotřebí stávající prvotní testy dále prohloubit.
Rm, Rp0,2, HV1, A
Fig. 3.
800 700 600 500
Porovnání mikrostruktury oceli AISI 316L připravené a) tvářením za tepla nebo b) SLM Comparison of microstructure of the AISI 316L stainless steel prepared by a) hot forging or b) SLM
Rm, Rp0,2, HV1, A
Obr. 3.
800 700
400
200 100 0
100
Obr. 4. Fig. 4.
tváření za tepla
300
300
0
3D tisk za tepla tváření
500
400
200
3D tisk
600
mez kluzu v tahu
mez kluzu v tahu
mez kluzu mez tvrdost v tlaku pevnosti v tahu
mez kluzu mez tvrdost v tlaku pevnosti v tahu
tažnost
tažnost
Porovnání mechanických vlastností dosažených a) metodou SLM a b) tvářením za tepla Comparison of mechanical properties obtained by a) SLM method and b) hot forging
Jediný rozdíl spočívá ve velikosti zrn, která jsou přibližně trojnásobně větší u běžně za tepla tvářeného materiálu. V případě 3D tisku je totiž materiál roztaven během velmi krátké interakce (v řádu několika ms) laserovým paprskem, následně je poměrně vysokou rychlostí ochlazen odvodem tepla do okolního tepelně neovlivněného materiálu a tuhne. Zrna tedy nemají čas zhrubnout a výsledná struktura je tak relativně jemnozrnná. Jako jistá nevýhoda 3D tisku se jeví skutečnost, že je vždy přítomna určitá pórovitost. V případě zkoumaného vzorku představovala 0,5 % z celkového objemu. Graf na obr. 4 ukazuje porovnání mechanických vlastností získaných 3D tiskem nebo tvářením za tepla. Obecně lze opět říci, že všechny stanovované mechanické vlastnosti (mez kluzu v tahu i tlaku (Rp0,2), mez pevnosti v tahu (Rm), tažnost (A), tvrdost (HV1)) nabývají velmi podobných hodnot. U vzorku připraveného metodou SLM byly naměřeny hodnoty vždy o něco nižší (s výjimkou tvrdosti), což je zapříčiněno přítomnou pórovitostí. Ta má mnohem větší vliv na namáhání v tahu než v tlaku, což v grafu odpovídá. Z ávě r Základním porovnáním korozivzdorné oceli AISI 316L připravené konvenčním způsobem, představovaným kombinací odlévaní, tváření za tepla a obrábění a nebo aditivním způsobem za využití metody SLM, jsme doložili souhlas v mikrostruktuře a mechanických vlastnostech pro oba tyto výrobní postupy. Z hlediska základních materiálových vlastností tedy může 3D tisk plně zastoupit běžný vícestupňový proces výroby, navíc s významnou výhodou v podobě schopnosti připravit
L i t e ra t u ra [1]
OSAKADA, K.; M. SHIOMI: Flexible manufacturing of metallic products by selective laser melting of powder. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2006, 46(11), 1188–1193. DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2006.01.024. ISBN 10.1016/j.ijmachtools.2006.01.024. Dostupné také z: h t t p: / / l i n k i n g h u b . e l s e v i e r. c o m / r e t r i e v e / p i i / S0890695506000307 [2] SIMCHI, A.; F. PETZOLDT; H. POHL: On the development of direct metal laser sintering for rapid tooling. Journal of Materials Processing Technology, 2003, 141(3), 319–328. DOI: 10.1016/S0924-0136(03)00283-8. ISSN 09240136. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/ S0924013603002838 [3] WONG, K. V.; A. HERNANDEZ: A review of additive manufacturing. ISRN Mechanical Engineering, 2012. Article ID 208760. DOI:10.5402/2012/208760. [4] PETZOLD, R.; H. F. ZEILHOFER; W. A.KALENDER: Rapid prototyping technology in medicine—basics and applications. Computerized Medical Imaging and Graphics, 1999, 23(5), 277–284. ISSN: 0895-6111. [5] MURR, L. E.; S. M. GAYTAN; D. A. RAMIREZ a kol.: Metal Fabrication by Additive Manufacturing Using Laser and Electron Beam Melting Technologies. Journal of Materials Science, 2012, 28(1), 1–14. DOI: 10.1016/S1005-0302(12) 60016-4. ISSN 10050302. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1005030212600164 [6] BECKER, T.; M. VAN ROOYEN; D. DIMITROV: Heat treatment of Ti-6Al-4V produced by LASERCUSING. South African Journal of Industrial Engineering, 2015. 26(2), 11. ISSN 2224-7890 (online), ISSN 1012-277X (print). [7] VRANCKEN, B.; L. THIJS; J.-P. KRUTH; J. VAN HUMBEECK: Heat treatment of Ti6Al4V produced by Selective Laser Melting: Microstructure and mechanical properties. Journal of Alloys and Compounds, 2012, 541, 177–185. DOI: 10.1016 /j.jallcom.2012.07.022. ISSN 0925-8388. Dostupné také z: h t t p: / / l i n k i n g h u b . e l s e v i e r. c o m / r e t r i e v e / p i i / S0925838812011826 [8] JELIS, E. a kol.: Metallurgical and Mechanical Evaluation of 4340 Steel Produced by Direct Metal Laser Sintering. JOM, 2015, 67(3), 582–589. ISSN: 1047-4838 (print), 1543-1851 (online). [9] VENKATESH, K. V.; V. V. NANDINI: Direct Metal Laser Sintering: A Digitised Metal Casting Technology. The Journal of the Indian Prosthodontic Society, 2013, 13(4), 389–392. ISSN: 0972-4052, (print) 1998-4057 (online). [10] VERMA, A.; S. TYAGI; K. YANG: Modeling and optimization of direct metal laser sintering process. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2015, 77(5), 847–860. ISSN: 0268-3768 (print), 1433-3015 (online).
Recenzenti | Peer-reviewers: Ing. Zdeněk Čejka Ing. Ivo Lána, Ph.D. S l é vá re ns t v í . L X I V . k v ě te n – č e r v e n 2016 . 5 – 6
175
O D B O R N É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y
Poděkování Práce byla finančně podpořena Grantovou agenturou České republiky (projekt č. P108/12/G043).