Jak działa drukowanie SLM

Selektywne topienie laserowe (SLM) to technika produkcji addytywnej, która wykorzystuje laser do selektywnego topienia i stapiania proszku metalicznego w obiekty 3D. Niniejszy przewodnik zawiera szczegółowy przegląd Drukowanie SLMmateriały, parametry procesu, zastosowania, korzyści i inne.

Czym jest SLM?

SLM to proces stapiania w łożu proszkowym, który wykorzystuje laser o dużej mocy do topienia i zestalania drobnego proszku metalicznego warstwa po warstwie w celu zbudowania w pełni gęstych części 3D bezpośrednio z danych CAD.

Proces	Opis
Topienie laserowe	Laser skanuje i topi proszek w kształcie każdej warstwy
Rozprowadzanie proszku	Świeża warstwa proszku rozprowadzona na obszarze roboczym
Obniżenie platformy roboczej	Platforma robocza opuszczona przed rozprowadzeniem nowej warstwy proszku
Powtarzanie kroków	Kroki powtarzane warstwa po warstwie aż do ukończenia części

SLM umożliwia drukowanie w pełni gęstych części metalowych o złożonej geometrii bezpośrednio z danych 3D CAD.

Jak Drukowanie SLM Prace

Drukowanie SLM obejmuje następujące kluczowe komponenty i procesy:

Komponent	Rola
Laser	Selektywne topienie proszku na wzór każdej warstwy
System skanera	Kontroluje pozycję i ogniskowanie lasera
Łóżko proszkowe	Utrzymuje warstwy proszku podczas drukowania
Dozownik proszku	Rozsypuje świeży proszek dla każdej warstwy
Płytka konstrukcyjna	Przytrzymuje i obniża część podczas drukowania
System gazu obojętnego	Zapewnia atmosferę ochronną zapobiegającą utlenianiu

Proces ten jest w pełni zautomatyzowany w oparciu o zaimportowaną geometrię modelu 3D.

SLM a inne metody druku 3D

SLM różni się od innych form druku 3D w kluczowy sposób:

Metoda	Porównanie
Modelowanie topionego osadzania (FDM)	FDM wykorzystuje wytłaczane tworzywa termoplastyczne, SLM wykorzystuje proszek metalowy
Stereolitografia (SLA)	SLA wykorzystuje fotopolimery, SLM wykorzystuje metale
Topienie wiązką elektronów (EBM)	EBM wykorzystuje wiązkę elektronów, SLM wykorzystuje wiązkę laserową
Binder Jetting	Wtryskiwanie spoiwa wiąże cząstki proszku, SLM w pełni topi proszek

SLM umożliwia drukowanie w pełni gęstych części metalowych odpowiednich do końcowych zastosowań inżynieryjnych.

Metale do druku SLM

Popularne metale drukowane w technologii SLM:

Materiał	Kluczowe właściwości
Stal nierdzewna	Odporność na korozję, wysoka wytrzymałość
Stopy aluminium	Lekki, ciągliwy
Stopy tytanu	Lekkość i wysoka wytrzymałość
Stopy niklu	Odporność na ciepło i korozję
Kobalt-chrom	Biokompatybilność, odporność na zużycie
Stale narzędziowe	Wysoka twardość, stabilność termiczna

Szereg metali jest drukowanych za pomocą SLM dla różnych zastosowań wymagających określonych właściwości materiału.

Parametry procesu SLM

Krytyczne parametry procesu SLM:

Parametr	Typowy zakres
Moc lasera	100-400 W
Prędkość skanowania	100-5000 mm/s
Rozstaw włazów	50-200 μm
Grubość warstwy	20-100 μm
Rozmiar plamki	50-100 μm
Budowanie atmosfery w komorze	Argon lub azot

Parametry te są optymalizowane w zależności od materiału, geometrii części, szybkości produkcji i wymaganych właściwości mechanicznych.

Korzyści z Drukowanie SLM

Kluczowe zalety druku SLM:

• Możliwość tworzenia złożonych geometrii, które nie są możliwe w przypadku obróbki skrawaniem
• Znacznie krótszy czas realizacji w porównaniu do obróbki skrawaniem
• Minimalna ilość odpadów materiałowych i niższe współczynniki zakupu do lotu
• Potencjał lekkości dzięki strukturom kratowym
• Konsolidacja zespołów w pojedyncze części
• Niestandardowe produkty dostosowane do specyfikacji klienta
• Produkcja just-in-time i redukcja zapasów
• Wysoka dokładność wymiarowa i powtarzalność
• Dobre wykończenie powierzchni i wysoka rozdzielczość

SLM zapewnia znaczną oszczędność kosztów i czasu w przypadku produkcji nisko- i średnioseryjnej.

Aplikacje SLM

Przemysł	Typowe zastosowania
Lotnictwo i kosmonautyka	Łopatki turbin, wsporniki strukturalne, elementy silnika
Medyczny	Wkładki dentystyczne, implanty, narzędzia chirurgiczne
Motoryzacja	Lekkie komponenty, niestandardowe prototypy
Przemysłowy	Lekkie części robotów, przyrządy, osprzęt, oprzyrządowanie

SLM jest wykorzystywana w różnych branżach do produkcji wysokowydajnych części metalowych o skróconym czasie realizacji.

Obróbka końcowa części SLM

Typowe etapy obróbki końcowej części SLM:

• Usuwanie konstrukcji wsporczej za pomocą EDM
• Obróbka powierzchni w celu poprawy wykończenia
• Wiercenie otworów, gwintowanie
• Obróbka cieplna w celu poprawy właściwości
• Prasowanie izostatyczne na gorąco w celu wyeliminowania wewnętrznych pustek
• Obróbka powierzchniowa, taka jak piaskowanie, anodowanie, powlekanie

Obróbka końcowa dostosowuje części do wymagań aplikacji.

Wytyczne projektowe SLM

Kluczowe kwestie związane z projektowaniem SLM:

• Optymalizacja geometrii w celu zredukowania konstrukcji wsporczych
• Zachowanie minimalnej grubości ścianki dla lepszego rozpraszania ciepła
• Wykorzystanie drobnych struktur kratowych w celu zmniejszenia wagi
• Projektowanie geometrii samonośnych w celu uniknięcia podpór
• Uwzględnienie tolerancji po obróbce i wykończenia powierzchni
• Orientacja części w celu zminimalizowania efektu schodków
• Uwzględnienie wpływu naprężeń termicznych podczas drukowania
• Funkcje konstrukcyjne, takie jak zakładki ułatwiające usuwanie podpory

Narzędzia symulacyjne pomagają ocenić drukowalność SLM już na etapie projektowania.

Sprzęt drukujący SLM

Główni producenci systemów SLM:

Firma	Model
EOS	Seria EOS M
3D Systems	Seria ProX DMP
Renishaw	Seria AM
GE Additive	Concept Laser M2
SLM Solutions	SLM 500

Te gotowe systemy zapewniają zautomatyzowane możliwości drukowania SLM w różnych rozmiarach.

Ekonomia kosztów SLM

Koszty drukowania SLM różnią się w zależności od:

• Koszty zakupu maszyn - $0.5M do $1.5M
• Koszty materiałów - $50-$150/kg dla popularnych metali
• Koszty pracy - obsługa maszyny, obróbka końcowa
• Szybkość budowania - 5-100 cm3/godz. w zależności od parametrów
• Korzyści skali wynikające z większych wolumenów produkcji

W porównaniu z innymi procesami produkcji metali, SLM jest najbardziej opłacalna w przypadku złożonej produkcji na małą i średnią skalę.

Wyzwania Drukowanie SLM

Niektóre wyzwania związane z SLM obejmują:

• Wysokie naprężenia szczątkowe mogą powodować zniekształcenia części
• Anizotropowe właściwości materiału w zależności od orientacji kompilacji
• Ograniczenia dotyczące maksymalnego rozmiaru części
• Usuwanie proszku z kanałów wewnętrznych
• Osiągnięcie wykończenia powierzchni porównywalnego z obróbką skrawaniem
• Potrzeba konstrukcji wsporczych na nawisach
• Wymagane specjalistyczne szkolenie operatora
• Ryzyko związane z obsługą proszków wymaga środków ostrożności

Jednak ciągły rozwój pomaga rozwiązać wiele z tych wyzwań.

Perspektywy na przyszłość dla SLM

Perspektywy na przyszłość dla druku SLM są pozytywne:

• Lepsza jakość części z mniejszą liczbą defektów
• Większe objętości konstrukcyjne umożliwiają stosowanie większych części
• Większe prędkości budowy dzięki wyższej mocy lasera
• Rozwój nowych materiałów rozszerza zakres zastosowań
• Produkcja hybrydowa łącząca SLM z obróbką skrawaniem
• Zautomatyzowana obsługa proszku i przetwarzanie końcowe
• Powszechne zastosowanie w szerszym zakresie branż
• Malejące koszty sprawiają, że jest to ekonomiczne rozwiązanie dla większej liczby zastosowań

Te postępy pozwolą drukowanym częściom metalowym SLM konkurować z konwencjonalnymi procesami produkcyjnymi w coraz większej liczbie zastosowań.

Wybór dostawcy usług drukowania SLM

Oto ważne czynniki przy wyborze dostawcy usług SLM:

• Doświadczenie z technologią SLM
• Zakres oferowanego sprzętu i rozmiarów zabudowy
• Doświadczenie materiałowe z różnymi stopami metali
• Możliwości przetwarzania wtórnego, takie jak obróbka cieplna
• Certyfikaty jakości, takie jak ISO 9001 i AS9100
• Optymalizacja projektu i wsparcie inżynieryjne
• Czas realizacji i terminowość dostaw
• Referencje i referencje klientów
• Struktura cenowa - ceny częściowe a ilościowe

Wybór niezawodnego partnera serwisowego SLM zapewnia wysoką jakość produkowanych części.

Plusy i minusy Drukowanie SLM

Plusy

• Złożone geometrie nieosiągalne przy obróbce skrawaniem
• Krótki czas realizacji od CAD do części
• Niski poziom odpadów materiałowych i współczynnik zakupu do lotu
• Lekkość dzięki zoptymalizowanym projektom
• Konsolidacja zespołów w pojedyncze części drukowane
• Indywidualny potencjał produkcji just-in-time
• Eliminuje koszty oprzyrządowania, przyrządów, mocowań

Wady

• Wysokie inwestycje kapitałowe w maszyny
• Ograniczony rozmiar w oparciu o wymiary komory roboczej
• Do wykończenia części często wymagana jest obróbka końcowa
• Właściwości anizotropowe w zależności od orientacji kompilacji
• Brak standardów projektowych dla produkcji addytywnej
• Opcje materiałowe bardziej ograniczone niż w przypadku obróbki skrawaniem
• Wymaga przeszkolonego personelu do obsługi sprzętu

W przypadku produkcji nisko- i średnioseryjnej, SLM może zapewnić znaczące korzyści, ale ma pewne ograniczenia, które należy wziąć pod uwagę.

Najczęściej zadawane pytania

Pytanie	Odpowiedź
Jakie materiały są wykorzystywane w SLM?	Typowe materiały SLM obejmują stal nierdzewną, aluminium, tytan, stopy niklu, stale narzędziowe i kobaltowo-chromowe.
Jakie branże korzystają z druku SLM?	Sektory lotniczy, medyczny, motoryzacyjny i przemysłowy są wiodącymi użytkownikami SLM.
Czy części metalowe z SLM mogą być używane bezpośrednio?	Większość części SLM wymaga obróbki końcowej, takiej jak wykańczanie powierzchni i obróbka cieplna przed użyciem jako komponenty końcowe.
Czy druk SLM nadaje się do masowej produkcji?	Nie, drukowanie SLM lepiej nadaje się do małych i średnich partii niż do masowej produkcji.
Jaką precyzję i wykończenie powierzchni można osiągnąć dzięki SLM?	Możliwa jest precyzja +/- 0,1-0,2%. Chropowatość powierzchni wynosi od 10 do 30 μm przed wykończeniem.

Wnioski

Druk SLM umożliwia produkcję na żądanie złożonych, wysokowydajnych części metalowych z cyfrowym przepływem pracy. W miarę dojrzewania technologii, SLM stanie się opłacalna dla bardziej powszechnych zastosowań w różnych branżach. Unikalne możliwości druku SLM umożliwią inżynierom i projektantom tworzenie innowacyjnych produktów nowej generacji przy użyciu produkcji addytywnej.

poznaj więcej procesów druku 3D