11 августа 2026 г.
Металлическая 3D-печать по технологии селективного лазерного плавления (SLM) требует точного управления десятками параметров процесса. На практике внимание чаще всего сосредоточено на мощности лазера, скорости сканирования, толщине слоя, стратегии построения и параметрах защитной атмосферы.
Однако существует еще один фактор, который напрямую влияет на стабильность процесса – это оптические свойства металлического порошка, а именно его способность поглощать лазерное излучение.
Исследование ученых Лулеоского технологического университета показывает, что поглощательная способность порошка существенно зависит от его характеристик. Это означает, что даже при неизменных параметрах печати разные партии материала могут вести себя по-разному
Поглощение энергии — один из ключевых параметров SLM-печати
В процессе SLM-печати лазерное излучение взаимодействует не с монолитным металлом, а со слоем порошка, представляющим собой сложную систему из тысяч частиц.
После попадания лазерного луча энергия распределяется между несколькими процессами:
- часть излучения отражается;
- часть рассеивается между частицами;
- часть поглощается порошком и преобразуется в тепло.
Именно поглощенная энергия обеспечивает образование стабильной ванны расплава, определяет глубину проплавления и влияет на формирование межслойной связи.
Недостаточное поглощение энергии может привести к неполному сплавлению материала, а избыточный локальный нагрев - к нестабильности расплава и образованию дефектов.
Поэтому коэффициент поглощения лазерного излучения следует рассматривать как один из базовых параметров при разработке технологического процесса.
Какие свойства порошка влияют на процесс
Распространенное мнение, что достаточно выбрать порошок нужного сплава, на практике не соответствует действительности. Даже порошки одинакового химического состава могут существенно отличаться по поведению во время печати.
Исследование показывает, что на взаимодействие с лазерным излучением влияют:
- гранулометрический состав (фракция);
- форма и сферичность частиц;
- шероховатость поверхности;
- степень окисления;
- химический состав поверхностных слоев;
- количество циклов повторного использования порошка.
Каждый из этих факторов изменяет эффективный коэффициент поглощения энергии, а значит, влияет на процесс формирования ванны расплава.
Что показало исследование
Авторы выполнили измерения коэффициента поглощения для 39 металлических порошков на 20 длинах волн лазерного излучения.
Исследование охватывало нержавеющие стали, инструментальные стали, алюминиевые сплавы, титановые сплавы, медь, латунь, высокоэнтропийные сплавы и другие перспективные материалы для аддитивного производства.
Кроме этого, сравнивались новые порошки и порошки после повторного использования, а также материалы с различным размером частиц.
Полученные результаты подтверждают, что изменения характеристик порошка способны существенно влиять на количество энергии, поступающей в материал при одинаковых параметрах лазерной обработки.
Почему это особенно важно для алюминия и меди
Высокоотражающие материалы традиционно относятся к наиболее сложным для 3D-печати.
Медь и алюминиевые сплавы обладают высокой отражательной способностью в инфракрасном диапазоне, поэтому эффективное поглощение энергии оказывается значительно ниже по сравнению со сталями или титановыми сплавами.
При изменении характеристик порошка технологическое окно становится еще уже.
В результате возрастает вероятность появления:
- неполного сплавления материала;
- пористости;
- нестабильного формирования ванны расплава;
- изменения геометрии дорожек сплавления;
- снижения повторяемости процесса.
Именно поэтому для таких материалов особенно важен строгий контроль качества порошков и их состояния после многократного использования.
Повторное использование порошка — не только вопрос экономики
На большинстве промышленных предприятий порошок после печати просеивается и возвращается в производственный цикл. Такой подход позволяет существенно снизить себестоимость деталей.
Однако в процессе эксплуатации материал постепенно изменяется. Происходит изменение распределения частиц по размерам, увеличивается количество мелкой фракции и спутников, меняется состояние поверхности, возрастает степень окисления.
Все эти процессы способны влиять на оптические свойства порошка и, как следствие, на эффективность взаимодействия с лазерным излучением.
Это означает, что повторное использование порошка требует не только контроля химического состава, но и регулярной оценки его физических характеристик.
Практические выводы для промышленного производства
Результаты исследования подтверждают важный принцип промышленной аддитивной технологии: режим печати нельзя рассматривать отдельно от характеристик порошкового материала.
При внедрении 3D-печати металлом рекомендуется:
- проводить входной контроль каждой партии порошка;
- контролировать гранулометрический состав после просеивания;
- отслеживать количество циклов повторного использования;
- учитывать изменения свойств материала при разработке технологических параметров;
- периодически выполнять валидацию процесса после смены партии порошка.
Такой подход позволяет повысить повторяемость результатов, сократить количество технологических корректировок и снизить риск возникновения скрытых дефектов.
Заключение
Современная металлическая 3D-печать — это комплексная технология, в которой качество изделий определяется не только возможностями оборудования.
Не менее важную роль играют свойства металлического порошка и его взаимодействие с лазерным излучением.
Именно поэтому при внедрении аддитивных технологий необходимо рассматривать порошковый материал как полноценный элемент технологической системы, а не только как расходный материал.
Специалисты SYNCAM помогают предприятиям внедрять технологии металлической 3D-печати комплексно: от подбора оборудования и материалов до разработки технологических процессов, обучения персонала и сопровождения серийного производства. Такой подход позволяет обеспечить стабильность процессов и получить предсказуемое качество изделий на всех этапах жизненного цикла аддитивного производства.