Влияние скорости сканирования лазера на качество печати имплантатов из порошка стали 316L методом селективного лазерного сплавления
Автор: Байкузина А.Р., Коэмец Ю.Н., Казанцева Н.В., Чернышихин С.В., Кузьмина А.В.
Статья в выпуске: 1, 2026 года.
Бесплатный доступ
Проведен анализ структуры, механических и физических свойств ортопедических винтов из стали 316L медицинского назначения, полученных методом селективного лазерного сплавления (СЛС). Микроструктуру и внутреннюю дефектность СЛС-образцов исследовали с помощью сканирующего электронного микроскопа Tescan MIRA LMS. Относительную плотность напечатанных образцов измеряли методом гидростатического взвешивания при помощи электронных аналитических весов OHAUS. Микротвердость по Виккерсу СЛС образцов определяли с помощью микротвердомера «Метолаб 502». Для измерения параметров шероховатости использовали бесконтактный профилометр-профилограф WYKO NT1100. Одним из показателей качества печати 3D-принтера является использование порошка с определенными характеристиками. Перед печатью был выполнен аттестационный анализ порошка, который показал, что порошинки имеют округлую форму, включения отсутствуют, размер составил около 50 мкм. Обнаружено, что параметры 3D-печати, в частности скорость сканирования лазера, влияют на качество поверхности (шероховатость) и внутреннюю структуру изделия с участками разной толщины. При печати качественных СЛС-изделий с участками различной толщины необходимо учитывать влияние скорости сканирования лазерного луча в 3D-принтере на дефектность. Результаты показали, что при низкой скорости сканирования дефекты (поры) в массивных частях СЛС-винта минимальны, а в тонких местах (резьба), количество дефектов выше, по сравнению с массивной частью. Увеличение скорости движения лазерного луча приводит к росту размера и количества дефектов в массивной части изделия. Что касается тонкой части винта (резьба), то влияние скорости сканирования лазерного луча на дефектность нелинейное: при увеличении скорости сканирования дефектность сначала снижается, а затем резко нарастает.
Аддитивные технологии, сталь 316l, имплантат, дефекты, параметры 3d-печати
Короткий адрес: https://sciup.org/146283352
IDR: 146283352 | УДК: 669.24’71:548.4:539.374 | DOI: 10.15593/perm.mech/2026.1.03
Influence of laser processing parameters on the manufacturing quality of 316L steel implants manufactured by laser 3D-printing
The paper analyzes the structure, mechanical and physical properties of orthopedic screws made of 316L medical steel manufactured by laser powder bed fusion (L-PBF). The microstructure and internal defects of the L-PBF samples were examined using a Tescan MIRA LMS scanning electron microscope. The relative density of the printed samples was measured by hydrostatic weighing using an OHAUS electronic analytical balance. The Vickers microhardness of the SLM samples was determined using a Metolab 502 microhardness tester. A WYKO NT1100 non-contact profilometer-profilograph was used to measure the roughness parameters. One of the indicators of 3D printer printing quality is the use of powder with certain characteristics. Before printing, a certification analysis of the powder was performed, which showed that the powder particles were rounded, there were no inclusions, and the size was about 50 μm. It was found that the 3D printing parameters, in particular the laser scanning speed, affect the surface quality (roughness) and the internal structure of the product with areas of different thickness. The results showed that at a low scanning speed, defects (pores) in the massive parts of the L-PBF screw were minimal, and in thin places (thread), the number of defects was higher compared to the massive part. An increase in the laser beam speed leads to an increase in the size and number of defects in the massive part of the product. As for the thin part of the screw (thread), the effect of the laser beam scanning speed on defects was found to be nonlinear: with an increase in the scanning speed, defects first decreased and then sharply increased.
