Application of Selective Laser Melting to Produce Low Modulus Alloys of the Titanium-Niobium

Abstract

Сплав системы титанниобий широко используется при производстве имплантатов. В первую очередь это связано с низким модулем упругости и биоинертными свойствами сплава. Наибольшее распространение данные сплавы получили в зубном протезировании и ортопедии. На сегодняшний день сплав системы титанниобий в основном получают традиционными методами металлургии. При дальнейшем субтрактивном получении готового изделия образуется большое количество отходов. В связи с этим увеличивается стоимость конечного изделия. Противоположностью данным технологиям является аддитивное производство. Селективное лазерное сплавление (Selective Laser Melting)технология, позволяющая печатать детали из порошков металлов и их смесей. Ее суть заключается в том, что слой материала в порошковой форме сплавляется лазером, затем поверх сплавленного слоя наносится следующий слой порошка и т.д. Технология используется для создания сложных изделий и рабочих прототипов. В данной работе рассмотрена возможность применения метода селективного лазерного сплавления для получения бинарного сплава из композитного порошка системы титанниобий. Получена панель образцов размером 10 × 10 мм при различных технологических параметрах. Образцы изготавливались на экспериментальной установке послойного лазерного синтеза «ВАРИСКАФ-100МВ». Данная установка позволяет управлять следующими технологическими параметрами: мощность лазерного излучения, скорость и шаг сканирования, температура подогрева порошка, толщина насыпаемого слоя, диаметр фокусировки пятна лазера. Все образцы получены в защитной среде аргона после предварительного вакуумирования. Построены зависимости изменения пористости и толщины сплавленного слоя от мощности лазерного излучения при разных скоростях сканирования. Установлено, что из всех контролируемых технологических параметров наибольшее влияние на формирование сплавленного слоя оказывает скорость сканирования и мощность лазерного излучения. Ключевые слова: селективное лазерное сплавление, технологические параметры, металлические порошки, титан, ниобий, композитный порошок, скорость сканирования, стратегия сканирования, мощность лазерного излучения, сплавленный слой, пористость.