Aditivní výroba SLM

Aditivní výroba, známá také jako 3D tisk, je transformativní způsob výroby dílů a výrobků. Jednou z nejpoužívanějších technik aditivní výroby je selektivní laserové tavení (SLM). SLM je metoda tavení v práškovém loži, která využívá vysoce výkonný laser k selektivnímu spojování práškového materiálu a vytváření dílů po vrstvách.

SLM umožňuje vytvářet složité geometrie se složitými vnitřními prvky přímo z dat 3D CAD. Minimalizuje také plýtvání materiálem a nabízí flexibilitu designu, která není možná při tradiční výrobě. SLM však vyžaduje specializované vybavení, optimalizované parametry zpracování a znalost vlastností materiálu.

Tento komplexní průvodce obsahuje vše, co potřebujete vědět o aditivní výrobě selektivním laserovým tavením. Vysvětluje technologii, typické používané materiály, aplikace, výhody a omezení, specifikace, dodavatele, náklady, srovnání s jinými metodami 3D tisku a další informace. Čtěte dále a staňte se odborníkem na SLM!

Jak funguje 3D tisk SLM

SLM využívá k tavení a spojování kovového prášku fokusovaný laserový paprsek. Díly se vytvářejí aditivně vrstvu po vrstvě na základě řezání dat 3D modelu CAD. Zde jsou klíčové aspekty procesu SLM:

Přehled procesu aditivní výroby SLM

Vrstvený přístup umožňuje vytvářet složité organické tvary se složitými vnitřními dutinami a tunely, které by nebylo možné vytvořit tradičními metodami, jako je odlévání nebo obrábění z pevných bloků.

SLM se označuje také podobnými názvy, jako je selektivní laserové spékání (SLS), přímé laserové spékání kovů (DMLS) a tavení v práškovém loži (PBF). Základní aspekty těchto procesů založených na práškové technologii jsou v podstatě totožné s malými rozdíly ve vybavení.

Materiály SLM

Pomocí technologie aditivní výroby SLM lze zpracovávat širokou škálu kovů, slitin a keramiky. Mezi nejčastěji používané patří nerezové oceli, kobalt-chrom, titan, hliník a superslitiny na bázi niklu. Možnosti materiálů se s rozvojem technologie dále rozšiřují.

Běžné materiály a použití SLM

Nejoblíbenější možností je Prášek z nerezové oceli 316L díky své pevnosti, odolnosti proti korozi, vysoké kvalitě povrchové úpravy a nižší ceně ve srovnání s exotickými slitinami.

Materiály pro SLM procházejí přísnou kontrolou kvality, přičemž průměrná velikost sférických částic prášku je 15-100 mikronů. Jemnější prášky zlepšují rozlišení, zatímco hrubší prášky se vytvářejí rychleji, ale s nižší přesností.

Aplikace SLM

SLM je ceněno pro prototypy, zakázkové nástroje a malosériovou výrobu složitých, vysoce výkonných kovových součástí se zlepšenými mechanickými vlastnostmi. Zde jsou některé z hlavních aplikací v hlavních průmyslových odvětvích:

Oblasti použití aditivní výroby SLM

Schopnost konsolidovat sestavy do jednotlivých dílů, rychle přizpůsobovat návrhy a zkrátit dodací lhůty z měsíců na dny ve srovnání s tradičními výrobními metodami je základem rostoucího využití SLM pro výrobní aplikace v těchto odvětvích.

Výrobci tiskáren SLM

Mnoho společností vyrábí zařízení SLM označovaná také jako 3D tiskárny. Mezi hlavní hráče na poli profesionálních 3D tiskáren pro průmyslové využití kovů patří:

Přední poskytovatelé strojů SLM

Zatímco počáteční náklady na vybavení průmyslového stroje SLM se pohybují od $150 000 do více než $1 milionu, klíčový je výběr správného systému s ohledem na dostupný prostor, potřeby materiálů, požadavky na přesnost a rozpočet. Přední výrobci nabízejí různé velikosti sestav, konfigurace s více lasery pro zvýšení rychlosti, specializované parametry pro kvalitu a opakovatelnost u různých slitin, úrovně softwarových automatizačních funkcí a další.

Vlastnosti materiálu SLM

Díly vytištěné na strojích SLM vykazují ve srovnání s tradičními metodami odlévání a obrábění jedinečné vlastnosti díky výrobě ve vrstvách a rychlému tuhnutí.

Srovnání mechanických vlastností - SLM vs. tradiční výroba

Vysoké rychlosti chlazení při procesu SLM, které přesahují 106 °C/s, vytvářejí jemnější mikrostruktury s metastabilními fázemi. To je příčinou maximální hustoty při konsolidaci prášku spolu s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, jako je zvýšená mez kluzu a pevnost v tahu. Prodloužení je u dílů vyrobených metodou SLM obvykle nižší, protože vysoká tvrdost a přítomnost vnitřních pnutí omezují tažnost.

Správné tepelné zpracování a izostatické lisování za tepla (HIP) může zmírnit vnitřní pnutí a dále optimalizovat fyzikální vlastnosti a zlepšit konzistenci. Celkově lze pomocí SLM dosáhnout hustoty přes 99,5% a získat tak funkční kovové díly v podstatě shodné s tradiční výrobou.

SLM vs. ostatní 3D tisk

Srovnání SLM s jinými metodami aditivní výroby

SLM se liší od jiných metod tavení v práškovém loži, jako je tavení elektronovým svazkem (EBM), vyšší rychlostí skenování, která umožňuje vytvářet díly s nižšími zbytkovými napětími a vyšším rozlišením. SLM vytváří plně hutné funkční kovové díly, zatímco 3D tisk tryskou pojiva nabízí rychlost, ale s většími nároky na následné zpracování. Systémy FDM a SLA značně zaostávají za zařízeními SLM a EBM, pokud jde o dostupnou pevnost materiálů.

Specifikace SLM

3D tiskárny využívající technologii selektivního laserového tavení jsou specifikovány několika klíčovými parametry, které určují materiály, přesnost a velikosti dílů, které lze vyrobit.

Klíčové specifikace stroje SLM

Tyto základní parametry stroje a faktory, jako je zabudovaný ohřev pro předehřev prášku a řízení rychlosti chlazení, umožňují vyladit mechanické vlastnosti. Prostředí komory s inertním plynem také zabraňuje oxidaci, zatímco lasery rastrují přes lože kovového prášku tisíckrát za sestavení dílu.

Přesnost a povrchová úprava

rozměrová přesnost a jakost povrchu u dílů vytištěných metodou SLM se pohybují v poměrně širokém rozmezí specifikací v závislosti na zvolených parametrech, složitosti geometrie, následném zpracování a technice obsluhy.

Přesnost a povrchová úprava při SLM

Vhodná orientace, podpůrné struktury, předehřev stavební desky, optimalizované strategie skenování a následné kroky zpracování, jako je CNC obrábění a leštění, mohou zlepšit kvalitu zpracování. Rozměrová přesnost také do značné míry závisí na správně kalibrovaném zařízení.

Požadavky na následné zpracování

Poté, co systém SLM dokončí výrobu součásti, je před uvedením dílů do provozu obvykle nutné provést další následné zpracování. Tyto kroky mohou zahrnovat:

• Odstraňování dílů z práškového koláče
• Odstranění podpůrných struktur
• Tepelné úpravy pro uvolnění napětí
• Izostatické lisování za tepla (HIP)
• Broušení povrchu, pískování, tryskání kuličkami, leštění
• Nedestruktivní kontrola

Cílem následného zpracování je snížit drsnost povrchu, odstranit zbytková napětí, uzavřít případné mikroporéznosti a zlepšit rozměrovou přesnost a estetiku.

Konkrétní postupy jsou určeny typem materiálu, výrobním záměrem (prototyp vs. funkční díl), požadavky na výkon a potřebnými kritickými tolerancemi.

Analýza nákladů

Stanovení návratnosti investice do pořízení a provozu vlastní kapacity pro aditivní výrobu SLM závisí na mnoha proměnných.

Úvahy o nákladech na SLM

Zvažte celkové provozní náklady s hodnotovými faktory, jako jsou:

- Volnost designu pro snížení hmotnosti, přizpůsobení, konsolidaci dílů

- Zkrácení doby realizace z měsíců na dny/hodiny

- Zjednodušení dodavatelského řetězce pomocí výroby na vyžádání

- Vylepšení výkonu, jako je zvýšená pevnost a tvrdost

- Udržitelná výroba s minimem odpadu oproti subtraktivním metodám

- Zvýšená životnost vysoce hodnotných dílů, jako jsou letecké a lékařské díly.

Zásadní význam má kvantifikace zvýšení produktivity a inovací. Díky zkušenostem se mohou celkové náklady na jeden díl vyrobený pomocí SLM vyrovnat CNC obrábění u nižších objemů výroby.

Průmyslové standardy

Jelikož se jedná o relativně novou technologii, stále probíhají snahy o zavedení celoprůmyslových specifikací, předpisů a norem pro aditivní výrobu SLM.

Standardizace SLM

Certifikace podle těchto norem zajišťuje opakovatelnost a spolehlivost při zadávání zakázek na díly AM v celém dodavatelském řetězci. Soulad s předpisy také umožňuje širší uplatnění v regulovaných odvětvích, jako je letecký průmysl a zdravotnické prostředky.

Případové studie

Nesčetné společnosti využívají svobodu návrhu SLM a rychlé dodací lhůty pro lehčí a pevnější součásti v různých odvětvích, od raket pro letecký průmysl až po vozy Formule 1.

Příklady aplikací aditivní výroby SLM

Tyto aplikace ukazují, že díly vyrobené metodou SLM překonávají tradiční výrobní omezení. S tím, jak stále více společností zavádí technologie AM, se možnosti inovací neustále rozšiřují.

Aditivní výroba SLM - časté dotazy

Často kladené otázky k SLM

V tomto dokumentu jsou shrnuty odpovědi na nejčastější otázky týkající se aditivní výroby selektivním laserovým tavením. SLM odemyká nová výkonnostní měřítka díky naprosté volnosti návrhu.

Budoucnost SLM

Zavádění SLM se stále zrychluje, protože stále více průmyslových odvětví posouvá hranice aditivní výroby. Pokroky v zařízení, softwaru, materiálech a kvalitě procesů povedou k rozšíření aplikací.

Očekávejte širší dostupnost specializovaných vícestopých strojů a parametrů zpracování od předních výrobců tiskáren. Pro integrovanou výrobu se také objevují hybridní systémy zahrnující doplňkové procesy, jako je frézování, vrtání a kontrola. Automatizované odstraňování a obnovování prášku sníží náklady.

Monitorování v reálném čase umožní ještě přísnější kontrolu procesů a zajištění kvality v uzavřeném cyklu. Algoritmy strojového učení mohou optimalizovat výkon budov. S upevňováním standardů v oblasti osvědčených postupů získají uživatelé také větší předvídatelnost.