comprendre la fabrication SLM

slm manufacturing est un procédé de fabrication additive par fusion sur lit de poudre utilisé dans de nombreuses industries. Ce guide présente une vue d'ensemble de la SLM : son fonctionnement, les matériaux, les applications, les avantages et les inconvénients, les fournisseurs de systèmes, etc.

Aperçu de la fusion sélective par laser (SLM)

La fabrication slm est un procédé de fabrication additive qui utilise un laser pour faire fondre sélectivement de la poudre métallique couche par couche afin de construire des pièces entièrement denses. Caractéristiques principales :

• Utilise des données de CAO en 3D pour diriger la fusion au laser des couches de poudre
• Atteint presque la pleine densité dans la plupart des alliages (>99%)
• Permet des géométries complexes qui ne sont pas possibles avec le moulage ou l'usinage
• Les matériaux courants sont l'acier inoxydable, le titane, l'aluminium et les alliages de nickel.
• Épaisseur typique de la couche 20-100 microns

La fabrication par slm offre une liberté de conception et des propriétés mécaniques qui se rapprochent de la fabrication traditionnelle.

Comment la slm manufacturing Travaux

Le SLM utilise un laser de forte puissance pour faire fondre une fine poudre métallique selon des modèles précis :

• Le modèle CAO est découpé numériquement en fines couches transversales.
• La couche de poudre est répartie uniformément sur la plate-forme de construction.
• Le laser fait fondre la poudre en fonction de chaque tranche, en fusionnant les particules entre elles.
• La plate-forme s'abaisse, une nouvelle couche est appliquée et le processus se répète.
• Les pièces entièrement denses sont construites de manière additive, couche par couche.

Une atmosphère protectrice de gaz inerte empêche l'oxydation pendant la fabrication.

Matériaux pour SLM

De nombreuses poudres métalliques peuvent être utilisées pour le SLM :

Matériaux métalliques SLM

• Acier inoxydable (316L, 17-4PH, 15-5PH)
• Acier à outils (H13, M2)
• Titane (Ti-6Al-4V)
• Aluminium (AlSi10Mg)
• Cobalt-Chrome (CoCr)
• Alliages de nickel (Inconel 625, 718)
• Alliages de cuivre
• Métaux précieux

Les poudres sont généralement comprises entre 15 et 45 microns. Certains alliages nécessitent des paramètres spécifiques pour être imprimés avec succès.

Applications des pièces SLM

La fabrication par slm permet de consolider des assemblages en composants d'une seule pièce sans assemblage. Les utilisations les plus courantes sont les suivantes :

Applications des pièces SLM

• Aérospatiale - structures légères, turbines, supports
• Médical - implants, prothèses, instruments chirurgicaux
• Automobile - composants allégés, conceptions personnalisées
• Outillage - moules à injection avec refroidissement conforme
• Énergie - vannes complexes pour le pétrole et le gaz, échangeurs de chaleur
• Défense - pièces de drone/robotique personnalisées nécessitant de la résistance

Le SLM permet d'optimiser les conceptions en réduisant le poids et les délais par rapport à la fabrication traditionnelle.

Avantages de la fabrication additive SLM

Principaux avantages qui rendent la gestion durable des sols attrayante :

• Géométries et microstructures complexes possibles
• Propriétés des matériaux entièrement denses et isotropes
• Moins de déchets - n'utiliser que le matériel nécessaire
• Réduction du poids grâce à la consolidation des assemblages
• Délai d'exécution rapide pour les itérations de conception
• Pas besoin d'outillage spécial comme les matrices de coulée/forge
• Alliages sur mesure et matériaux calibrés réalisables

La fabrication par slm offre une liberté quasi illimitée pour produire des composants améliorés autrement infaisables.

Limites de la fabrication de slm

La SLM présente certains inconvénients par rapport à la fabrication conventionnelle :

• Coût des pièces plus élevé pour les petits volumes de production
• Taille limitée basée sur les dimensions de la chambre de construction (s'améliorant avec le temps)
• Choix de matériaux restreint par rapport aux alliages coulés ou corroyés
• Un post-traitement tel que la finition de la surface est souvent nécessaire
• Manipulation spéciale de poudres réactives telles que le titane et l'aluminium
• Défauts possibles nécessitant des méthodes d'inspection pour les identifier
• propriétés anisotropes de certains matériaux et constructions

Les progrès technologiques constants permettent d'atténuer les difficultés.

Fournisseurs de systèmes SLM

Les principaux fabricants d'équipements SLM sont les suivants

Principaux fournisseurs de systèmes SLM

• EOS
• Systèmes 3D
• GE Additive
• Trumpf
• Renishaw
• DMG Mori
• Sisma
• Mazak
• AMCM

Nombre d'entre eux proposent des systèmes clés en main, ainsi que des équipements de manutention des poudres et de post-traitement.

Analyse des coûts de slm manufacturing Production

Comme la plupart des procédés d'AM, le SLM a des coûts initiaux élevés mais des coûts par pièce faibles en volume :

• Coût du système SLM : ~$500 000 à $1M+.
• Taux de production ~5-20 cm3/heure (~10-50g/heure)
• Temps de travail ~5-10 heures, y compris le post-traitement
• Coût du matériau ~$50-200/kg
• Le coût total des pièces peut être compris entre $500 et $5000+.

Les coûts les plus élevés sont ceux de la main-d'œuvre, de l'investissement dans le système et des matériaux. Compétitif pour les petits/moyens volumes.

SLM vs. moulage et usinage des métaux

Processus	Pour	Cons	Meilleures applications
SLM	Liberté de conception, légèreté, rapidité d'exécution, peu de déchets	Taille limitée, coût plus élevé pour les faibles volumes, post-traitement	Pièces complexes à faible et moyen volume
Moulage des métaux	Forme proche de la forme nette, adaptée aux pièces simples à complexes, coûts réduits en volume	Étapes supplémentaires pour la finition des pièces, restrictions de conception, coûts d'outillage	Volumes de production moyens à élevés
Usinage CNC	Large choix de matériaux, haute précision, bonne finition de surface	Déchets dus au processus soustractif, coûts plus élevés pour des quantités moindres, limitations de conception dues à l'accès à l'outil.	Volumes faibles à moyens où la conception change fréquemment

Chaque procédé présente des avantages adaptés à des applications, des volumes de production et des objectifs spécifiques.

FAQ

Quels sont les matériaux qui peuvent être imprimés en 3D avec la technologie SLM ?

Les matériaux SLM les plus courants sont les alliages d'acier inoxydable, de titane, d'aluminium, de cobalt-chrome, de nickel, de cuivre et de métaux précieux. Divers aciers à outils et superalliages sont également possibles.

Quelle est la précision typique des pièces SLM ?

Le SLM peut produire des pièces d'une précision de +/- 0,005 pouce/po2 en fonction de facteurs tels que l'épaisseur de la couche, la stratégie de balayage, la géométrie et le post-traitement. Les surfaces critiques peuvent nécessiter un usinage.

Quels types de post-traitement sont nécessaires pour les pièces obtenues par SLM ?

Le post-traitement SLM typique comprend l'élimination des supports, le soulagement des contraintes, le polissage/linçage de la surface, le pressage isostatique à chaud pour éliminer les vides internes et les traitements thermiques si nécessaire.

La technique SLM peut-elle produire des matériaux fonctionnellement gradués ?

Oui, le procédé SLM permet de fabriquer des structures graduelles complexes en faisant varier intelligemment la composition et la microstructure de la matière première à différents endroits de la fabrication.

La SLM est-elle adaptée à la fabrication en série ?

Actuellement, la technique SLM est surtout applicable aux volumes de production petits à moyens, jusqu'à des milliers de pièces, lorsque les avantages de la flexibilité de la conception et des propriétés personnalisées justifient les coûts.

La technologie SLM permet de réaliser des gains de performance considérables grâce aux techniques additives. Au fur et à mesure de la maturation de la technologie, les coûts deviendront plus compétitifs.

Conclusion

La fusion sélective par laser a révolutionné la fabrication dans tous les secteurs en permettant de réaliser des géométries complexes et optimisées autrefois impossibles. Elle permet de fabriquer des composants métalliques fonctionnels et denses à partir de données de modèles 3D en fusionnant des couches de poudre à l'aide d'un laser focalisé. Bien que les coûts soient encore plus élevés pour les faibles volumes, la fusion laser sélective offre une liberté sans précédent pour réimaginer la conception des composants afin d'en améliorer les performances. Les matériaux s'élargissent continuellement à partir de métaux tels que le titane, l'aluminium, l'acier, le nickel et les alliages de cobalt. Au fur et à mesure que la technologie progresse, la technologie SLM deviendra viable pour la production de volumes plus importants, complétant la fabrication conventionnelle là où elle présente des avantages. La technologie SLM continue d'offrir de nouvelles possibilités aux concepteurs et aux ingénieurs.

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