Производственный процесс селективного лазерного плавления (sLM)

Представьте себе, что вы слой за слоем создаете сложные высокопроизводительные металлические детали с беспрецедентной свободой проектирования и минимальным количеством отходов. Это магия селективного лазерного плавления (SLM), революционная технология 3D-печати, меняющая производственный ландшафт. Давайте погрузимся в увлекательный мир SLM, изучим ее сложные этапы, разнообразные варианты металлических порошков и раскроем ее потенциал.

Подготовительные работы для технологии печати SLM

Прежде чем лазерная магия зажжется, тщательная подготовка закладывает основу для успешной SLM-печати.

• 3D CAD-модель: Путешествие начинается с тщательно разработанной 3D-модели автоматизированного проектирования (CAD). Этот цифровой чертеж определяет точную геометрию и размеры желаемой металлической детали.
• Нарезка модели: Затем специализированное программное обеспечение нарезает 3D-модель на множество ультратонких слоев, обычно от 20 до 100 микрометров. Каждый слой служит строительным блоком для конечной детали.
• Выбор металлического порошка: Выбор подходящего металлического порошка имеет решающее значение. Частицы порошка должны обладать постоянным размером, сферической морфологией и оптимальной текучестью, чтобы обеспечить ровное формирование слоев во время печати.

Процесс печати SLMТехнология печати

Теперь все готово для того, чтобы лазер сплел свое металлическое заклинание:

1. Порошковое осаждение: Тонкий слой металлического порошка тщательно распределяется по строительной платформе с помощью ножа для повторного нанесения. Этот процесс обеспечивает равномерное распределение и выравнивание слоя порошка для каждого слоя.
2. Селективное лазерное плавление: Мощный лазерный луч, обычно волоконный лазер, точно сканирует поперечное сечение первого слоя, определенное по данным нарезанной 3D-модели. Лазер расплавляет частицы металлического порошка, сплавляя их вместе и формируя твердую структуру.
3. Послойное строительство: Нож для повторного покрытия наносит еще один тонкий слой порошка, а лазер выборочно расплавляет указанные участки, приклеивая их к предыдущему слою. Этот процесс тщательно продолжается, создавая объект слой за слоем, пока вся деталь не будет завершена.
4. Генерация структуры поддержки: В некоторых случаях сложные геометрические формы могут потребовать создания временных опорных конструкций для предотвращения деформации или провисания в процессе печати. Эти опоры обычно печатаются рядом с реальной деталью и удаляются на этапе последующей обработки.

Постобработка технологии SLM-печати

После того как лазерная магия остынет, напечатанная деталь еще не будет готова к использованию:

• Удаление с платформы Build Platform: Готовая деталь аккуратно отделяется от платформы для сборки. Для этого могут использоваться методы механической обработки или электроэрозионной обработки проволокой (WEDM) для хрупких деталей.
• Демонтаж опорной конструкции: В случае использования временные опорные конструкции тщательно удаляются с помощью таких методов, как механическая обработка, механическая резка или химическое растворение.
• Термообработка: В зависимости от металла и требований к применению, деталь может подвергаться термообработке, такой как снятие напряжения или отжиг, для улучшения механических свойств.
• Отделка поверхности: Для достижения желаемого качества и функциональности поверхности напечатанной детали может потребоваться дополнительная обработка, например, пескоструйная, полировочная или механическая.

Что могут металлические порошки SLMИспользование технологий печати?

Универсальность SLM проявляется в ее совместимости с разнообразными металлическими порошками, каждый из которых обладает уникальными свойствами и возможностями применения:

Распространенные металлические порошки для SLM

Металлический порошок	Описание	Свойства	Приложения
Титан (Ti)	Высокая биосовместимость, легкость и коррозионная стойкость	Отличное соотношение прочности и веса, высокая температура плавления	Аэрокосмические компоненты, медицинские имплантаты, зубные протезы
Нержавеющая сталь (316L, 17-4PH)	Широко используется, устойчив к коррозии и обладает хорошими механическими свойствами	Высокая прочность, пластичность и износостойкость	Детали машин, компоненты для обработки жидкостей, медицинское оборудование
Алюминий (AlSi10Mg, AlSi7Mg)	Легкий вес, хорошая коррозионная стойкость и высокая прочность по сравнению с другими алюминиевыми сплавами.	Отличное соотношение прочности и веса, хорошая свариваемость	Автомобильные компоненты, аэрокосмические детали, теплообменники
Никель (Inconel 625, Inconel 718)	Стойкость к высоким температурам, устойчивость к окислению и отличные механические свойства	Высокая прочность, сопротивление ползучести и хорошая обрабатываемость	Компоненты газовых турбин, оборудование для химической обработки, теплообменники
Кобальт-хром (CoCrMo)	Биосовместимость, износостойкость и высокая прочность	Отличная износостойкость, коррозионная стойкость и биосовместимость	Медицинские имплантаты, замена суставов

Расширяя горизонты SLM

Хотя вышеупомянутые металлические порошки являются одними из наиболее часто используемых в SLM, потенциал технологии простирается гораздо дальше. Вот более широкий выбор металлических порошков, каждый из которых открывает уникальные возможности:

Металлические порошки для специализированных применений:

Металлический порошок	Описание	Свойства	Приложения
Медь (Cu)	Высокая электропроводность и хорошая теплопроводность	Отличная электропроводность, хорошая теплопроводность и высокая пластичность	Электрические компоненты, теплообменники, системы терморегулирования
Инструментальная сталь (H13, AISI M2)	Высокая твердость и износостойкость	Исключительная износостойкость, высокая прочность и хорошая вязкость	Штампы, пресс-формы, режущие инструменты, быстроизнашивающиеся детали
Вольфрам (Вт)	Высокая температура плавления и исключительная плотность	Очень высокая температура плавления, высокая плотность и отличная термостойкость	Высокотемпературные применения, огнеупорные тигли, защита от рентгеновского излучения
Молибден (Mo)	Высокая температура плавления и хорошая теплопроводность	Высокая температура плавления, хорошая теплопроводность и хорошая коррозионная стойкость	Высокотемпературные применения, нагревательные элементы, компоненты ракетных двигателей
Тантал (Ta)	Биосовместимый, устойчивый к коррозии, с высокой температурой плавления	Отличная биосовместимость, высокая температура плавления и хорошая коррозионная стойкость	Медицинские имплантаты, конденсаторы, оборудование для химической обработки

Выбор подходящего порошка для металла для SLM

Выбор оптимального металлического порошка для вашего проекта SLM зависит от нескольких важнейших факторов:

• Желаемые свойства: Тщательно продумайте основные свойства, необходимые для конечной детали, такие как прочность, вес, коррозионная стойкость и теплопроводность.
• Требования к заявке: Предназначение детали играет важную роль. Например, для медицинских имплантатов необходимы биосовместимые материалы, такие как титан или кобальт-хром, а для высокотемпературных применений - никелевые сплавы или тугоплавкие металлы, такие как вольфрам.
• Обрабатываемость: Конкретные металлические порошки могут иметь различную текучесть, отражательную способность лазера и подверженность растрескиванию или деформации в процессе SLM. Выбор порошка с оптимальной технологичностью обеспечивает успешную печать и минимизирует риск возникновения дефектов.
• Стоимость: Металлические порошки могут значительно отличаться по стоимости, причем некоторые экзотические материалы, такие как тантал или иридий, стоят дороже, чем более распространенные варианты, такие как нержавеющая сталь или алюминий.

Дополнительные соображения в SLM

Хотя основные принципы SLM остаются неизменными, на успех и эффективность этого процесса могут влиять несколько факторов:

• Параметры машины: Оптимизация мощности лазера, скорости сканирования и расстояния между штрихами имеет решающее значение для достижения желаемых свойств материала и минимизации остаточных напряжений.
• Build Environment: Поддержание контролируемой атмосферы в камере сборки, часто с использованием инертных газов, таких как аргон, необходимо для предотвращения окисления и обеспечения постоянного качества материала.
• Техники постобработки: Эффективность технологий последующей обработки, таких как термообработка и финишная обработка поверхности, существенно влияет на эксплуатационные и эстетические характеристики конечной детали.

Заключение

Селективное лазерное плавление предоставляет беспрецедентную свободу в создании сложных, высокопроизводительных металлических деталей. Понимая все тонкости процесса, изучая различные варианты металлических порошков и тщательно учитывая различные факторы, вы сможете использовать мощь SLM для раскрытия возможностей инновационного дизайна и революционного развития производства в различных отраслях.

Вопросы и ответы

Вопрос: Каковы преимущества SLM по сравнению с традиционными технологиями производства?

О: SLM обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами, такими как механическая обработка, литье и ковка, в том числе:

• Свобода дизайна: Позволяет создавать сложные геометрические формы и замысловатые внутренние элементы, которые зачастую невозможны при использовании других технологий.
• Облегчение: Позволяет создавать легкие детали с превосходным соотношением прочности и веса, что делает их идеальными для таких областей применения, как аэрокосмическая и транспортная промышленность.
• Сокращение отходов: Минимизирует отходы материалов по сравнению с субтрактивными технологиями производства, что способствует повышению эффективности использования ресурсов.
• Быстрое создание прототипов: Позволяет быстро создавать прототипы для итеративного проектирования и тестирования, ускоряя процесс разработки.

В: Каковы ограничения SLM?

О: Хотя SLM предлагает замечательные возможности, у него есть и некоторые ограничения, в том числе:

• Стоимость: По сравнению с традиционными методами производства, SLM может быть более дорогостоящим из-за высокой стоимости металлических порошков и специализированного оборудования.
• Шероховатость поверхности: Детали, напечатанные с помощью SLM, могут иметь несколько более шероховатую поверхность по сравнению с механически обработанными компонентами, что требует дополнительных этапов постобработки.
• Ограниченный размер сборки: Современные SLM-машины имеют ограничения по размеру деталей, которые они могут производить, хотя эти ограничения постоянно меняются.

узнать больше о процессах 3D-печати