Меню

Селективное лазерное плавление металлов



SLM (Selective Laser Melting) — технология 3D-печати

SLM или Selective laser melting — инновационная технология производства сложных изделий посредством лазерного плавления металлического порошка по математическим CAD-моделям (3D-печать металлом). С помощью SLM создают как точные металлические детали для работы в составе узлов и агрегатов, так и неразборные конструкции, меняющие геометрию в процессе эксплуатации.

Технология является методом аддитивного производства и использует мощные лазеры для создания трехмерных физических объектов. Данный процесс успешно заменяет традиционные методы производства, так как физико-механические свойства изделий, построенных по технологии SLM, зачастую превосходят свойства изделий, изготовленных по традиционным технологиям.

Установки SLM помогают решать сложные производственные задачи промышленных предприятий, работающих в авиакосмической, энергетической, машиностроительной и приборостроительной отраслях. Установки также применяются в университетах, конструкторских бюро, используются при проведении научно-исследовательских и экспериментальных работ.

Официальным термином для описания технологии является «лазерное спекание», хотя он несколько не соответствует действительности, так как материалы (порошки) подвергаются не спеканию, а плавлению до образования гомогенной (густой, пастообразной) массы.

Преимущества

  1. Решение сложных технологических задач
    • Производство изделий со сложной геометрией, с внутренними полостями и каналами конформного охлаждения
  2. Сокращение цикла НИОКР
    • Возможность построения сложных изделий без изготовления дорогостоящей оснастки
  3. Уменьшение массы изделий
    • Построение изделий с внутренними полостями
  4. Экономия материала при производстве
    • Построение происходит с помощью послойного добавления в «тело» изделия необходимого количества материала. 97-99% незадействованного при построении порошка после просеивания пригодно к повторному использованию. 3-9% материала, задействованного на построение поддержек, утилизируется вместе с некондиционным несплавленным порошком, не прошедшим операцию просеивания.
    • Сокращение затрат на производство сложных изделий, т.к. нет необходимости в изготовлении дорогостоящей оснастки.

Области применения

  • Изготовление функциональных деталей для работы в составе различных узлов и агрегатов
  • Изготовление сложных конструкций, в том числе неразборных, меняющих в процессе эксплуатации геометрию, а также имеющих в своем составе множество элементов
  • Производство формообразующих элементов пресс-форм для литья термопластов и легких материалов
  • Изготовление технических прототипов для отработки конструкции изделий
  • Создание формообразующих вставок для кокильного литья
  • Производство индивидуальных стоматологических протезов и имплантатов
  • Изготовление штампов.

Как это работает

Процесс печати начинается с разделения цифровой 3D-модели изделия на слои толщиной от 20 до 100 мкм с целью создания 2D-изображения каждого слоя изделия. Отраслевым стандартным форматом является STL- файл. Этот файл поступает в специальное машинное ПО, где происходит анализ информации и ее соизмерение с техническими возможностями машины.

На основе полученных данных запускается производственный цикл построения, состоящий из множества циклов построения отдельных слоев изделия.

Цикл построения слоя состоит из типовых операций:

  1. нанесение слоя порошка заданной толщины (20-100 мкм) на плиту построения, закрепленную на подогреваемой платформе построения;
  2. сканирование лучом лазера сечения слоя изделия;
  3. опускание платформы вглубь колодца построения на величину, соответствующую толщине слоя построения.

Процесс построения изделий происходит в камере SLM машины, заполненной инертным газом аргон или азот (в зависимости от типа порошка, из которого происходит построение), при ламинарном его течении. Основной расход инертного газа происходит в начале работы, при продувке камеры построения, когда из нее полностью удаляется воздух (допустимое содержание кислорода менее 0,15%).

После построения изделие вместе с плитой извлекается из камеры SLM машины, после чего изделие отделяется от плиты механическим способом. От построенного изделия удаляются поддержки, производится финишная обработка построенного изделия.

Практически полное отсутствие кислорода позволяет избегать оксидации расходного материала, что делает возможной печать такими материалами, как титан.

Материалы

Наиболее популярными материалами являются порошковые металлы и сплавы, включая нержавеющую сталь, инструментальную сталь, кобальт-хромовые сплавы, титановые сплавы, титан, алюминий, золото, платина и др.

Источник

Селективное лазерное плавление — Selective laser melting

Селективное лазерное плавление ( SLM ) — одно из многих патентованных названий технологии аддитивного производства металлов, в которой для создания металлических деталей используется слой порошка с источником тепла. Стандартный термин ASTM, также известный как прямое лазерное плавление металла ( DMLM ), — это плавление в порошковом слое ( PBF ). PBF — это метод быстрого прототипирования, 3D-печати или аддитивного производства ( AM ), предназначенный для использования лазера с высокой плотностью мощности для плавления и сплавления металлических порошков.

СОДЕРЖАНИЕ

История

Селективное лазерное плавление — одна из многих запатентованных технологий плавления в порошковой подложке, начатая в 1995 году в Институте Фраунгофера ILT в Аахене , Германия, в рамках немецкого исследовательского проекта, результатом которого стал так называемый базовый патент ILT SLM DE 19649865. Уже на стадии новаторства. Доктор Дитер Шварце и доктор Маттиас Фокеле из компании F&S Stereolithographietechnik GmbH, расположенной в Падерборне, сотрудничали с исследователями ILT доктором Вильгельмом Майнерсом и доктором Конрадом Виссенбахом. В начале 2000-х годов F&S вступила в коммерческое партнерство с MCP HEK GmbH (позже называвшейся MTT Technology GmbH, а затем SLM Solutions GmbH), расположенной в Любеке на севере Германии. Сегодня доктор Дитер Шварце работает в SLM Solutions GmbH, а доктор Маттиас Фокеле основал Realizer GmbH.

ASTM International стандартов F42 комитет сгруппирован селективное лазерное плавление в категорию «лазерное спекание», хотя это является признанным неправильным , так как процесс полностью расплавляет металл в твердую однородную массу, в отличии от селективного лазерного спекания (SLS) , который является истинным процесс спекания . Другое название селективного лазерного плавления — прямое лазерное спекание металла (DMLS), название, нанесенное брендом EOS, но вводящее в заблуждение реальный процесс, поскольку деталь плавится во время производства, а не спекается, что означает, что деталь полностью плотная. Этот процесс во всех отношениях очень похож на другие процессы УУЗР и часто рассматривается как процесс УУЗР.

Похожий процесс — это электронно-лучевая плавка (EBM), в которой в качестве источника энергии используется электронный луч.

Процесс

DMLS использует различные сплавы, что позволяет делать прототипы функциональным оборудованием, изготовленным из того же материала, что и производственные компоненты. Поскольку компоненты строятся слой за слоем, можно спроектировать органическую геометрию, внутренние элементы и сложные проходы, которые невозможно отлить или обработать иным способом. DMLS производит прочные и долговечные металлические детали, которые хорошо работают как в качестве функциональных прототипов, так и в качестве готовых деталей для конечного использования.

Процесс начинается с разделения данных файла 3D CAD на слои, обычно толщиной от 20 до 100 микрометров, с созданием двухмерного изображения каждого слоя; Этот формат файла является отраслевым стандартом .stl- файлом, который используется в большинстве технологий трехмерной печати или стереолитографии на основе слоев . Затем этот файл загружается в пакет программного обеспечения для подготовки файла, который назначает параметры, значения и физические опоры, которые позволяют интерпретировать и создавать файл с помощью различных типов машин аддитивного производства.

Читайте также:  Умывальник металл с водонагревателем с мойкой нержавеющая сталь акватекс 17 л

При селективном лазерном плавлении тонкие слои мелкодисперсного металлического порошка равномерно распределяются с помощью механизма покрытия на пластине-подложке, обычно металлической, которая прикреплена к индексному столу, который перемещается по вертикальной (Z) оси. Это происходит внутри камеры, содержащей строго контролируемую атмосферу инертного газа , аргона или азота при уровне кислорода ниже 500 частей на миллион. После того, как каждый слой распределен, каждый 2D-срез геометрии детали плавится путем выборочного плавления порошка. Это достигается с помощью мощного лазерного луча, обычно волоконного иттербиевого лазера мощностью в сотни ватт. Лазерный луч направляется в направлениях X и Y с помощью двух высокочастотных сканирующих зеркал . Энергия лазера достаточно интенсивна, чтобы обеспечить полное плавление (сварку) частиц с образованием твердого металла. Процесс повторяется слой за слоем, пока деталь не будет готова.

В аппарате DMLS используется мощный оптоволоконный Yb- лазер мощностью 200 Вт . Внутри области камеры сборки находится платформа для дозирования материала и платформа сборки, а также лезвие для повторного нанесения покрытия, используемое для перемещения нового порошка по платформе сборки. Эта технология объединяет металлический порошок в твердую часть путем локального плавления с помощью сфокусированного лазерного луча. Детали наращиваются аддитивно слой за слоем, обычно с использованием слоев толщиной 20 микрометров.

Материалы

Машины селективной лазерной плавки (SLM) могут работать с рабочим пространством до 1 м (39,37 дюйма) по осям X, Y и Z. Некоторые из материалов, используемых в этом процессе, могут включать суперсплавы на основе никеля, медь, алюминий, нержавеющую сталь. , инструментальная сталь, кобальт, хром, титан и вольфрам. SLM особенно полезен для производства деталей из вольфрама из-за высокой температуры плавления и высокой температуры пластического хрупкого перехода этого металла. Чтобы материал можно было использовать в процессе, он должен существовать в распыленной форме (порошковой форме). Эти порошки, как правило, представляют собой предварительные сплавы, распыленные газом, что является наиболее экономичным способом получения сферических порошков в промышленных масштабах. Сферичность желательна, поскольку она гарантирует высокую текучесть и плотность упаковки, что приводит к быстрому и воспроизводимому распределению слоев порошка. Для дальнейшей оптимизации сыпучести обычно используются узкие гранулометрические составы с низким процентным содержанием мелких частиц, например, 15–45 мкм или 20–63 мкм. Доступные в настоящее время сплавы, используемые в процессе, включают нержавеющую сталь 17-4 и 15-5 , мартенситностареющую сталь , хром кобальт , инконель 625 и 718, алюминий AlSi10Mg и титан Ti6Al4V. Механические свойства образцов, изготовленных методом прямого лазерного спекания металла, отличаются от образцов, изготовленных методом литья. Образцы AlSiMg, полученные с использованием прямого лазерного спекания металла, демонстрируют более высокий технический выход, чем образцы, изготовленные из коммерческого сплава А360.0 в литом состоянии, на 43% при построении в плоскости xy и на 36% в плоскости z. Хотя было показано, что предел текучести AlSiMg увеличивается как в плоскости xy, так и в плоскости z, удлинение при разрыве уменьшается в направлении сборки. Такое улучшение механических свойств образцов, полученных прямым лазерным спеканием металла, объясняется очень тонкой микроструктурой.

Следующее поколение добавок производится методом прямого лазерного плавления металла (DMLM). Слои были разработаны, чтобы позволить расплавлению порошка происходить непосредственно перед построением поверхности. Кроме того, промышленное давление добавило больше порошков суперсплавов к доступной обработке, включая AM108. Не только операция печати и ориентация обеспечивают изменение свойств материала, но и необходимая постобработка с помощью термообработки под горячим изостатическим давлением (ГИП) и дробеструйной обработки, которые изменяют механические свойства до уровня заметной разницы по сравнению с равноосными. литые или кованые материалы. На основе исследований, проведенных в Токийском столичном университете, показано, что сопротивление ползучести и пластичность обычно ниже для суперсплавов на основе никеля с аддитивной печатью по сравнению с деформируемыми или литыми материалами. Направленность печати является основным фактором влияния наряду с размером зерна. Кроме того, износостойкость обычно лучше, как показывают исследования, проведенные с добавкой Inconel 718, из-за состояния поверхности; исследование также продемонстрировало влияние мощности лазера на плотность и микроструктуру. Плотность материала, которая создается во время параметров лазерной обработки, может дополнительно влиять на поведение трещины, так что повторное открытие трещины после процесса HIP уменьшается при увеличении плотности. Крайне важно иметь полный обзор материала вместе с его обработкой от печати до необходимой пост-печати, чтобы иметь возможность окончательно определить механические свойства для использования в конструкции.

Обзор и преимущества

Селективное лазерное плавление (SLM) — это часть аддитивного производства, где лазер высокой плотности используется для плавления и сплавления металлических порошков вместе. Это быстро развивающийся процесс, который внедряется как в исследованиях, так и в промышленности. Селективное лазерное плавление также известно как прямое лазерное плавление в расплаве или плавление в лазерном слое. Этот прогресс очень важен как для материаловедения, так и для промышленности, потому что он может не только создавать нестандартные свойства, но и сокращать использование материалов и давать больше степеней свободы при проектировании, чего не могут достичь производственные технологии. Селективное лазерное плавление очень полезно для штатных инженеров-материаловедов и технологов. Такие запросы, как требование быстрой смены производственного материала или наличие определенных приложений, требующих сложной геометрии, являются распространенными проблемами, возникающими в промышленности. Наличие SLM действительно улучшило бы процесс не только создания и продажи деталей, но и обеспечения соответствия свойств тому, что необходимо в полевых условиях. Текущие проблемы, которые возникают с SLM, связаны с ограничениями в обрабатываемых материалах, с неразвитыми настройками процесса и металлургическими дефектами, такими как растрескивание и пористость. Задачи будущего заключаются в невозможности создания полностью плотных деталей из-за обработки алюминиевых сплавов. Алюминиевые порошки легкие, обладают высокой отражательной способностью, высокой теплопроводностью и низкой лазерной поглощающей способностью в диапазоне длин волн волоконных лазеров, которые используются в SLM.

Эти проблемы можно решить, если провести дополнительные исследования того, как материалы взаимодействуют при слиянии.

Образование дефекта

Несмотря на большие успехи, достигнутые SLM в аддитивном производстве , процесс плавления порошковой среды с помощью концентрированного лазера приводит к различным микроструктурным дефектам благодаря многочисленным механизмам, которые могут пагубно повлиять на общую функциональность и прочность изготовленной детали. Хотя было исследовано множество дефектов, в этом разделе мы рассмотрим некоторые из основных дефектов, которые могут возникнуть в результате SLM.

Два наиболее распространенных механических дефекта включают отсутствие плавления (LOF) или растрескивание в затвердевших областях. LOF предполагает улавливание газа внутри конструкции, а не связного твердого вещества. Эти дефекты могут возникать из-за неиспользования источника лазера с достаточной мощностью или слишком быстрого сканирования порошковой поверхности, что приводит к недостаточному расплавлению металла и предотвращению прочной связующей среды для затвердевания. Растрескивание — это еще один механический дефект, при котором низкая теплопроводность и высокие коэффициенты теплового расширения создают достаточно высокие внутренние напряжения для разрыва связей внутри материала, особенно вдоль границ зерен, где присутствуют дислокации.

Читайте также:  Литье металлов механическая обработка

Кроме того, хотя SLM отверждает структуру из расплавленного металла , термодинамика системы часто приводит к неоднородным составам или непреднамеренной пористости, которые могут в совокупности влиять на общую прочность и усталостную долговечность печатной структуры. Например, направленный лазерный луч может индуцировать конвекционные токи при прямом ударе в узкой зоне «замочной скважины» или по всему полурасплавленному металлу, что может повлиять на общий состав материала. Аналогичным образом было обнаружено, что во время затвердевания дендритные микроструктуры развиваются по температурным градиентам с разной скоростью, создавая, таким образом, разные профили сегрегации в материале. В конечном итоге, эти динамические явления теплоносителя вызывают нежелательные несоответствия в печатном материале, и дальнейшие исследования по смягчению этих эффектов будут по-прежнему необходимы.

Образование пор — очень важный дефект при печати образцов с использованием LPBF / SLM. Выявлено, что поры образуются во время изменения скорости лазерного сканирования из-за быстрого образования, а затем схлопывания глубоких ямок на поверхности, которые задерживают инертный защитный газ в затвердевающем металле.

Наконец, вторичные эффекты, возникающие из-за лазерного луча, могут непреднамеренно повлиять на свойства структуры. Одним из таких примеров является образование выделений вторичной фазы в объемной структуре из-за повторяющегося нагрева в затвердевших нижних слоях, когда лазерный луч проходит через слой порошка. В зависимости от состава осадков этот эффект может удалить важные элементы из объемного материала или даже сделать печатную структуру хрупкой . Мало того, что в порошковых слоях, содержащих оксиды, мощность лазера и создаваемые конвекционные токи могут испаряться и «разбрызгивать» оксиды в других местах. Эти оксиды накапливаются и не смачивают, тем самым образуя шлак, который не только удаляет полезную природу оксида в составе, но также обеспечивает механически благоприятную микросреду для растрескивания материала.

Механические свойства

Механические свойства сплавов, синтезированных с помощью SLM, могут существенно отличаться от свойств их аналогов, производимых традиционным способом. Сообщалось о повышении прочности на разрыв и ударной вязкости в никелевых сплавах, алюминиевых сплавах и Ti-6Al-4V . Однако усталостная прочность сплавов, производимых SLM, обычно значительно ниже, чем у литых сплавов. Отклонения в механических свойствах объясняются уникальными микроструктурами и дефектами, созданными в процессе SLM, а структурные возможности и ограничения материалов, полученных с помощью аддитивного производства, являются активной областью исследований в области материаловедения .

Центральной характеристикой сплавов, производимых SLM, является большая анизотропия механических свойств. В то время как зеренная структура в литых металлах обычно характеризуется примерно однородными изотропными зернами, сплавы, изготовленные с помощью SLM, демонстрируют значительное удлинение зерен в направлении сборки. Анизотропия зеренной структуры связана с анизотропией в распределении дефектов, направлением распространения трещин и, в конечном итоге, с механическими свойствами, со значительным снижением жесткости , прочности и пластичности при растягивающем напряжении, ориентированном параллельно, по сравнению с перпендикулярным, к поверхности. направление построения.

Приложения

Типы применений, наиболее подходящие для процесса селективной лазерной плавки, — это сложные геометрические формы и структуры с тонкими стенками и скрытыми пустотами или каналами, с одной стороны, или небольшими размерами партий, с другой. Преимущество может быть получено при производстве гибридных форм, в которых твердые и частично сформированные или решетчатые геометрические формы могут быть созданы вместе для создания единого объекта, такого как бедренная ножка или вертлужная впадина, или другой ортопедический имплант, где остеоинтеграция усиливается геометрией поверхности. Большая часть новаторских работ с технологиями селективного лазерного плавления приходится на легкие детали для авиакосмической промышленности, где традиционные производственные ограничения, такие как инструменты и физический доступ к поверхностям для обработки, ограничивают конструкцию компонентов. SLM позволяет создавать детали аддитивно для формирования компонентов почти чистой формы, а не путем удаления отходов.

Традиционные методы производства имеют относительно высокие затраты на установку (например, для создания формы). Хотя SLM имеет высокую стоимость одной детали (в основном потому, что требует много времени), желательно, чтобы было произведено только очень небольшое количество деталей. Это относится, например, к запасным частям старых машин (например, старинных автомобилей) или отдельным продуктам, например, имплантатам.

Испытания, проведенные Центром космических полетов им. Маршалла НАСА , который экспериментирует с техникой изготовления некоторых трудных для изготовления деталей из никелевых сплавов для ракетных двигателей J-2X и RS-25 , показывают, что трудно изготовить детали, изготовленные с помощью этого метода, в некоторой степени более слабые, чем кованые и фрезерованные детали, но часто позволяет избежать сварных швов, которые являются слабыми местами.

Эта технология используется для производства прямых деталей в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, стоматологическую, медицинскую и другие отрасли, в которых есть детали небольшого и среднего размера, очень сложные детали, а также в инструментальной промышленности для изготовления прямых инструментальных вставок. DMLS — это очень экономичная технология. Эта технология используется как для быстрого прототипирования, так как сокращает время разработки новых продуктов, так и для промышленного производства в качестве метода экономии средств для упрощения сборок и сложных геометрических форм. Имея типичный размер сборки (например, для EOS M 290 EOS) 250 x 250 x 325 мм и возможность «наращивать» несколько деталей одновременно,

Северо-Западный политехнический университет Китая использует аналогичную систему для изготовления конструкционных титановых деталей для самолетов. Исследование EADS показывает, что использование этого процесса уменьшит количество материалов и отходов в аэрокосмической отрасли.

5 сентября 2013 Элон Маск чирикал изображение SpaceX «с регенеративным охлаждением SuperDraco ракетного двигателя , выходящей из камеры на принтере EOS 3D металла, отметив , что она состоит из Inconel суперсплава. В мае 2014 года компания SpaceX неожиданно объявила, что летная версия двигателя SuperDraco полностью напечатана и является первым полностью напечатанным ракетным двигателем . Используя Inconel, сплав никеля и железа, аддитивно производимый методом прямого лазерного спекания металла, двигатель работает при давлении в камере 6900 килопаскалей (1000 фунтов на квадратный дюйм) при очень высокой температуре. Двигатели заключены в защитную гондолу с печатью, также с печатью DMLS, чтобы предотвратить распространение неисправности в случае отказа двигателя. В мае 2014 года двигатель прошел полные квалификационные испытания, а в апреле 2018 года планируется совершить свой первый орбитальный космический полет .

Возможность 3D-печати сложных деталей была ключом к достижению цели малой массы двигателя. По словам Илона Маска , «это очень сложный двигатель, и было очень трудно сформировать все каналы охлаждения, головку инжектора и дроссельный механизм. Возможность печатать высокопрочные современные сплавы . имела решающее значение для того, чтобы иметь возможность создать движок SuperDraco как есть ». Процесс 3D-печати для двигателя SuperDraco значительно сокращает время выполнения заказа по сравнению с традиционными литыми деталями и «обладает превосходной прочностью , пластичностью и сопротивлением разрушению при меньшем разбросе свойств материалов ».

Читайте также:  Краска по металлу текс цвета

Также в 2018 году FDA одобрило первый в истории имплантат позвоночника, напечатанный на 3D-принтере, сделанный из титана с использованием SLM.

Промышленные приложения

  • Аэрокосмическая промышленность — Воздуховоды, приспособления или крепления для специальных авиационных инструментов, лазерное спекание отвечает потребностям как коммерческой, так и военной авиакосмической отрасли.
  • Производство — лазерное спекание может служить нишевым рынкам с небольшими объемами по конкурентоспособным ценам. Лазерное спекание не зависит от экономии на масштабе, что избавляет от необходимости фокусироваться на оптимизации размера партии.
  • МедицинаМедицинское оборудование — это сложная дорогостоящая продукция. Они должны точно соответствовать требованиям заказчика. Эти требования вытекают не только из личных предпочтений оператора: также необходимо соблюдать юридические требования или нормы, которые сильно различаются в зависимости от региона. Это приводит к появлению множества разновидностей и, следовательно, к малым объемам предлагаемых вариантов.
  • Прототипирование — лазерное спекание может помочь, сделав доступными конструктивные и функциональные прототипы. В результате функциональное тестирование может быть инициировано быстро и гибко. В то же время эти прототипы можно использовать для оценки потенциального одобрения клиентов.
  • Инструментальная оснастка — прямой процесс исключает создание траектории инструмента и несколько процессов обработки, таких как EDM. Вставки для инструментов изготавливаются за ночь или даже за несколько часов. Кроме того, свободу проектирования можно использовать для оптимизации производительности инструмента, например, путем интеграции в инструмент конформных каналов охлаждения.

Другие приложения

  • Детали с полостями, поднутрениями, углами уклона
  • Подгонка, форма и функциональные модели
  • Инструменты, приспособления и приспособления
  • Конформные каналы охлаждения
  • Роторы и рабочие колеса
  • Комплексный брекетинг

Потенциал

Селективное лазерное плавление или аддитивное производство, иногда называемое быстрым производством или быстрым прототипированием , находится в зачаточном состоянии с относительно небольшим количеством пользователей по сравнению с традиционными методами, такими как механическая обработка, литье или ковка металлов, хотя те, кто использует эту технологию, стали очень опытными . Как и любой процесс или метод, селективная лазерная плавка должна соответствовать поставленной задаче. Такие рынки, как аэрокосмическая промышленность или медицинская ортопедия, оценивают технологию как производственный процесс. Препятствия для принятия высоки, а проблемы с соблюдением требований приводят к длительным периодам сертификации и квалификации. Об этом свидетельствует отсутствие полностью сформированных международных стандартов для измерения производительности конкурирующих систем. Речь идет о стандарте ASTM F2792-10 Стандартная терминология для технологий аддитивного производства.

Отличие от селективного лазерного спекания (SLS)

Использование SLS относится к процессу, применяемому к различным материалам, таким как пластмассы, стекло и керамика, а также к металлам. Что отличает SLM от других процессов 3D-печати, так это способность полностью расплавить порошок, а не нагревать его до определенной точки, когда зерна порошка могут сплавиться вместе, что позволяет контролировать пористость материала. С другой стороны, SLM может пойти на шаг дальше, чем SLS, за счет использования лазера для полного расплавления металла, что означает, что порошок не сплавляется вместе, а фактически разжижается достаточно долго, чтобы расплавить зерна порошка в однородную часть. Следовательно, SLM может производить более прочные детали из-за меньшей пористости и большего контроля над кристаллической структурой, что помогает предотвратить поломку детали. Кроме того, в металлический порошок могут быть введены определенные типы наночастиц с минимальным несоответствием решеток, схожей атомной упаковкой вдоль согласованных кристаллографических плоскостей и термодинамической стабильностью, чтобы служить в качестве зародышей измельчения зерен для достижения без трещин, равноосных, мелкозернистых микроструктур. Однако SLM возможен только при использовании одного металлического порошка.

Преимущества

DMLS имеет много преимуществ по сравнению с традиционными методами производства. Возможность быстро изготовить уникальную деталь является наиболее очевидной, поскольку не требуется специального инструмента, а детали могут быть изготовлены за считанные часы.

DMLS также является одной из немногих технологий аддитивного производства, используемых в производстве. Поскольку компоненты строятся слой за слоем, можно спроектировать внутренние элементы и проходы, которые нельзя было отлить или обработать иным способом. Сложные геометрические формы и сборки с несколькими компонентами можно упростить до меньшего количества деталей при более экономичной сборке. DMLS не требует специальной оснастки, такой как отливки , поэтому удобен для небольших производственных партий.

Ограничения

Аспекты размера, деталей и качества поверхности, а также погрешность печати по оси Z могут быть факторами, которые следует учитывать перед использованием технологии. Однако, планируя сборку в станке, где большинство элементов строятся по осям x и y по мере укладки материала, допусками элементов можно хорошо управлять. Поверхности обычно необходимо отполировать, чтобы получить зеркальную или очень гладкую поверхность.

Что касается производственной оснастки, то перед использованием необходимо учесть плотность материала готовой детали или вставки. Например, в вставках для литья под давлением любые дефекты поверхности вызовут дефекты в пластмассовой детали, и вставки должны будут сопрягаться с основанием формы с температурой и поверхностями, чтобы предотвратить проблемы.

Независимо от используемой системы материалов, процесс DMLS оставляет зернистую поверхность из-за «размера частиц порошка, последовательности построения слоев и [распределения металлического порошка перед спеканием с помощью механизма распределения порошка]».

Удаление металлической опорной конструкции и постобработка сгенерированной детали может быть трудоемким процессом и потребовать использования станков для механической обработки , электроэрозионных и / или шлифовальных станков, имеющих такой же уровень точности, как и станок RP.

Лазерная полировка посредством плавления мелкой поверхности деталей, изготовленных с помощью DMLS, может уменьшить шероховатость поверхности за счет использования быстро движущегося лазерного луча, обеспечивающего «достаточно тепловой энергии, чтобы вызвать плавление пиков поверхности. Расплавленная масса затем течет на поверхность. впадины поверхностным натяжением , гравитацией и лазерным давлением , уменьшая таким образом шероховатость ».

При использовании машин быстрого прототипирования файлы .stl, которые не содержат ничего, кроме необработанных данных сетки в двоичном формате (сгенерированных из Solid Works , CATIA или других основных программ САПР), нуждаются в дальнейшем преобразовании в файлы .cli и .sli (формат, необходимый для нестереолитографические машины). Программное обеспечение преобразует файл .stl в файлы .sli, как и в случае с остальной частью процесса, этот шаг может быть связан с расходами.

Компоненты машин

Типичные компоненты машины DMLS включают в себя: лазер, ролик, поршень для спекания, съемную рабочую пластину, подающий порошок, подающий поршень, а также оптику и зеркала.

Источник