Hoe SLM-afdrukken werkt

Selectief lasersmelten (SLM) is een additieve productietechniek waarbij een laser wordt gebruikt om metaalpoeder selectief te smelten en samen te smelten tot 3D-objecten. Deze gids geeft een diepgaand overzicht van SLM-afdrukken, materialen, procesparameters, toepassingen, voordelen en meer.

Wat is SLM?

SLM is een poederbedfusieproces waarbij gebruik wordt gemaakt van een krachtige laser om fijn metaalpoeder laag voor laag te smelten en te laten stollen om volledig dichte 3D-onderdelen rechtstreeks uit CAD-gegevens op te bouwen.

Proces	Beschrijving
Laser smelten	Een laser scant en smelt poeder in de vorm van elke laag
Poeder verspreiden	Een verse laag poeder verspreid over het bouwgebied
Bouwplatform verlagen	Bouwplatform verlaagd voordat nieuwe poederlaag wordt verspreid
Herhalende stappen	Stappen worden laag voor laag herhaald totdat het onderdeel is voltooid

SLM maakt het mogelijk om volledig dichte metalen onderdelen met complexe geometrieën rechtstreeks vanuit 3D CAD-gegevens te printen.

Hoe SLM-afdrukken Werken

SLM-printen omvat de volgende belangrijke componenten en processen:

Onderdeel	Rol
Laser	Smelt selectief poeder in patroon van elke laag
Scannersysteem	Regelt de laserpositie en scherpstelling
Poeder bed	Houdt poederlagen vast tijdens het printen
Poederdispenser	Verspreidt vers poeder voor elke laag
Bouw plaat	Houdt het onderdeel vast en laat het zakken tijdens het afdrukken
Inert gassysteem	Zorgt voor een beschermende atmosfeer om oxidatie te voorkomen

Het proces is volledig geautomatiseerd op basis van de geïmporteerde 3D-modelgeometrie.

SLM versus andere 3D-printmethoden

SLM verschilt op belangrijke punten van andere vormen van 3D-printen:

Methode	Vergelijking
Gesmolten afzettingsmodellering (FDM)	FDM gebruikt geëxtrudeerde thermoplasten, SLM gebruikt metaalpoeder
Stereolithografie (SLA)	SLA gebruikt fotopolymeren, SLM gebruikt metalen
Elektronenbundelsmelten (EBM)	EBM gebruikt elektronenbundel, SLM gebruikt laserbundel
Binder jetting	Binderjetting verbindt poederdeeltjes, SLM smelt het poeder volledig

SLM maakt het printen van volledig dichte metalen onderdelen mogelijk die geschikt zijn voor technische eindtoepassingen.

Metalen voor SLM-printen

Gangbare metalen bedrukt met SLM-technologie:

Materiaal	Belangrijkste eigenschappen
Roestvrij staal	Corrosiebestendigheid, hoge sterkte
Aluminium legeringen	Lichtgewicht, ductiel
Titanium legeringen	Lichtgewicht, hoge sterkte
Nikkel legeringen	Hitte- en corrosiebestendigheid
Kobalt-Chroom	Biocompatibiliteit, slijtvastheid
Gereedschapsstaal	Hoge hardheid, thermische stabiliteit

Een reeks metalen wordt met SLM bedrukt voor verschillende toepassingen die specifieke materiaaleigenschappen vereisen.

SLM-procesparameters

Kritieke SLM-procesparameters:

Parameter	Typisch bereik
Laserkracht	100-400 W
Scansnelheid	100-5000 mm/s
Hatch-afstand	50-200 µm
Laagdikte	20-100 µm
Vlekgrootte	50-100 µm
Bouw kameratmosfeer op	Argon of stikstof

Deze parameters worden geoptimaliseerd afhankelijk van het materiaal, de onderdeelgeometrie, de bouwsnelheid en de vereiste mechanische eigenschappen.

Voordelen van SLM-afdrukken

Belangrijkste voordelen van SLM-printen:

• Mogelijkheid om complexe geometrieën te creëren die niet mogelijk zijn met machinale bewerking
• Aanzienlijk kortere doorlooptijden vergeleken met verspanen
• Minimale materiaalverspilling en lagere buy-to-fly-ratio's
• Lichtgewichtpotentieel met roosterstructuren
• Consolideer samenstellingen in afzonderlijke onderdelen
• Op maat gemaakte producten afgestemd op de specificaties van de klant
• Just-in-time productie en voorraadreductie
• Hoge maatnauwkeurigheid en herhaalbaarheid
• Goede oppervlakteafwerking en fijne resolutie

SLM levert aanzienlijke kosten- en tijdbesparingen op voor de productie van kleine tot middelgrote volumes.

SLM-applicaties

Industrie	Veel voorkomende toepassingen
Lucht- en ruimtevaart	Turbinebladen, structurele beugels, motoronderdelen
Medisch	Tandheelkundige copings, implantaten, chirurgische instrumenten
Automobiel	Lichtgewicht componenten, aangepaste prototypes
Industrieel	Lichtgewicht robotonderdelen, mallen, armaturen, gereedschappen

SLM wordt in alle sectoren gebruikt om hoogwaardige metalen onderdelen voor eindgebruik te produceren met kortere doorlooptijden.

Nabewerking voor SLM-onderdelen

Typische nabewerkingsstappen voor SLM-onderdelen:

• Ondersteuningsstructuur verwijderen met EDM
• Oppervlaktebewerking om de afwerking te verbeteren
• Gaten boren, schroefdraad tappen
• Warmtebehandeling om de eigenschappen te verbeteren
• Heet isostatisch persen om interne holtes te elimineren
• Oppervlaktebehandelingen zoals parelstralen, anodiseren, coaten

Nabewerking zorgt ervoor dat de onderdelen voldoen aan de toepassingsvereisten.

SLM-ontwerprichtlijnen

Belangrijke overwegingen bij het SLM-ontwerp:

• Optimaliseer geometrieën om steunstructuren te verminderen
• Handhaaf een minimale wanddikte voor een betere warmteafvoer
• Gebruik fijne roosterstructuren om het gewicht te verminderen
• Ontwerp zelfdragende geometrieën om steunen te vermijden
• Houd rekening met toleranties na de bewerking en oppervlakteafwerking
• Oriënteer de onderdelen om het traptrede-effect te minimaliseren
• Houd rekening met de effecten van thermische spanningen tijdens het printen
• Ingebouwde functies zoals tabbladen om het verwijderen van de ondersteuning te vergemakkelijken

Simulatietools helpen bij het evalueren van de SLM-printbaarheid tijdens de ontwerpfase zelf.

SLM-afdrukapparatuur

Grote fabrikanten van SLM-systemen:

Bedrijf	Model
EOS	EOS M-serie
3D-systemen	ProX DMP-serie
Renishaw	AM-serie
GE-additief	Conceptlaser M2
SLM-oplossingen	SLM 500

Deze kant-en-klare systemen bieden geautomatiseerde SLM-printmogelijkheden in verschillende bouwgroottes.

SLM-kosteneconomie

SLM-afdrukkosten variëren op basis van:

• Aankoopkosten van machines – $0,5M tot $1,5M
• Materiaalkosten – $50-$150/kg voor gewone metalen
• Arbeidskosten – bediening van de machine, nabewerking
• Bouwsnelheid – 5-100 cm3/uur, afhankelijk van de parameters
• Schaalvoordelen door hogere productievolumes

SLM is het meest kosteneffectief voor complexe productie van kleine tot middelgrote volumes in vergelijking met andere metaalproductieprocessen.

Uitdagingen van SLM-afdrukken

Enkele uitdagingen die verband houden met SLM zijn onder meer:

• Hoge restspanningen kunnen vervormingen van onderdelen veroorzaken
• Anisotrope materiaaleigenschappen afhankelijk van de bouworiëntatie
• Beperkingen op de maximale onderdeelgrootte
• Poeder verwijderen uit interne kanalen
• Het bereiken van een oppervlakteafwerking die vergelijkbaar is met machinaal bewerken
• Noodzaak van ondersteunende structuren op uitsteeksels
• Gespecialiseerde operatortraining vereist
• Risico's bij het hanteren van poeder vereisen veiligheidsmaatregelen

De voortdurende ontwikkeling helpt echter veel van deze uitdagingen op te lossen.

Toekomstperspectieven voor SLM

De toekomstvooruitzichten voor SLM-printen zijn positief:

• Verbeterde onderdeelkwaliteit met minder defecten
• Grotere bouwvolumes maken grotere onderdelen mogelijk
• Hogere bouwsnelheden dankzij hogere laservermogens
• De ontwikkeling van nieuwe materialen breidt de toepassingen uit
• Hybride productie waarbij SLM wordt gecombineerd met machinale bewerking
• Geautomatiseerde poederbehandeling en nabewerking
• Mainstream-adoptie in een breder scala van industrieën
• Dalende kosten maken het economisch voor meer toepassingen

Deze ontwikkelingen zullen ervoor zorgen dat SLM-geprinte metalen onderdelen voor een toenemend aantal toepassingen kunnen concurreren met conventionele productieprocessen.

Een SLM-afdrukserviceprovider kiezen

Hier zijn belangrijke factoren bij het selecteren van een SLM-dienstverlener:

• Ervaring specifiek met SLM-technologie
• Aangeboden uitrusting en bouwgroottes
• Materiaalkennis met verschillende metaallegeringen
• Secundaire verwerkingsmogelijkheden zoals warmtebehandeling
• Kwaliteitscertificeringen zoals ISO 9001 en AS9100
• Ontwerpoptimalisatie en technische ondersteuning
• Trackrecord op het gebied van doorlooptijd en tijdige levering
• Referenties en getuigenissen van klanten
• Prijsstructuur – prijs van onderdelen versus volume

Door te kiezen voor een betrouwbare SLM-servicepartner bent u verzekerd van kwalitatief hoogwaardige onderdelen die efficiënt worden geproduceerd.

Voor- en nadelen van SLM-afdrukken

Pluspunten

• Complexe geometrieën zijn niet mogelijk met machinale bewerking
• Snelle doorlooptijden van CAD tot onderdeel
• Weinig materiaalverspilling en buy-to-fly-ratio's
• Lichtgewicht door geoptimaliseerde ontwerpen
• Consolideer samenstellingen in afzonderlijke afgedrukte onderdelen
• Op maat gemaakt, just-in-time productiepotentieel
• Elimineert de kosten van gereedschap, mallen en armaturen

Nadelen

• Hoge machinekapitaalinvestering
• Beperkte grootte op basis van de afmetingen van de bouwkamer
• Nabewerking is vaak nodig om onderdelen af te werken
• Anisotrope eigenschappen afhankelijk van de bouworiëntatie
• Gebrek aan ontwerpnormen voor additieve productie
• Materiaalopties beperkter dan bij verspaning
• Vereist opgeleid personeel om de apparatuur te bedienen

Voor productie van kleine tot middelgrote volumes kan SLM aanzienlijke voordelen bieden, maar er zijn wel beperkingen waarmee rekening moet worden gehouden.

Veelgestelde vragen

Vraag	Antwoord
Welke materialen worden gebruikt in SLM?	Veel voorkomende SLM-materialen zijn roestvrij staal, aluminium, titanium, nikkellegeringen, gereedschapsstaal en kobaltchroom.
Welke industrieën gebruiken SLM-printen?	De lucht- en ruimtevaart-, medische, automobiel- en industriële sectoren zijn de belangrijkste gebruikers van SLM.
Kunnen metalen onderdelen van SLM direct worden gebruikt?	De meeste SLM-onderdelen hebben nabewerking nodig, zoals oppervlakteafwerking en warmtebehandeling, voordat ze als eindgebruikscomponent kunnen worden gebruikt.
Is SLM-printen geschikt voor massaproductie?	Nee, SLM-printen is beter geschikt voor kleine tot middelgrote batchgroottes dan voor massaproductievolumes.
Welke precisie en oppervlakteafwerking kan SLM bereiken?	Precisie van +/- 0,1-0,2% is mogelijk. De oppervlakteruwheid varieert van 10-30 μm vóór afwerking.

Conclusie

SLM-printen maakt on-demand productie mogelijk van complexe, hoogwaardige metalen onderdelen met een digitale productieworkflow. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt, zal SLM levensvatbaar worden voor meer reguliere toepassingen in verschillende industrieën. De unieke mogelijkheden van SLM-printen zullen ingenieurs en ontwerpers in staat stellen innovatieve producten van de volgende generatie te creëren met behulp van additieve productie.

ken meer 3D-printprocessen