Как работает SLM-печать

Селективное лазерное плавление (SLM) — это технология аддитивного производства, в которой используется лазер для избирательного плавления и плавления металлического порошка в трехмерные объекты. В этом руководстве представлен подробный обзор СЛМ-печать, материалы, параметры процесса, области применения, преимущества и многое другое.

Что такое УУЗР?

SLM — это процесс плавления в порошковом слое, в котором используется мощный лазер для плавления и затвердевания мелкого металлического порошка слой за слоем для создания полностью плотных трехмерных деталей непосредственно из данных САПР.

Процесс	Описание
Лазерное плавление	Лазер сканирует и плавит порошок по форме каждого слоя.
Распределение порошка	Свежий слой порошка распределился по зоне сборки.
Опускающаяся платформа сборки	Строительная платформа опускается перед нанесением нового слоя порошка
Повторяющиеся шаги	Шаги повторяются слой за слоем, пока деталь не будет завершена.

SLM позволяет печатать полностью плотные металлические детали сложной геометрии непосредственно из данных 3D CAD.

Как СЛМ-печать Работает

SLM-печать включает в себя следующие ключевые компоненты и процессы:

Компонент	Роль
Лазер	Выборочно плавит порошок по образцу каждого слоя.
Сканирующая система	Управляет положением и фокусировкой лазера
Порошковая кровать	Удерживает слои порошка во время печати
Дозатор порошка	Распределяет свежий порошок для каждого слоя
Строительная плита	Удерживает и опускает деталь во время печати
Система инертного газа	Обеспечивает защитную атмосферу для предотвращения окисления.

Процесс полностью автоматизирован на основе импортированной геометрии 3D-модели.

SLM против других методов 3D-печати

SLM отличается от других форм 3D-печати ключевыми моментами:

Метод	Сравнение
Моделирование методом наплавленного осаждения (FDM)	В FDM используются экструдированные термопласты, в SLM — металлический порошок.
Стереолитография (SLA)	SLA использует фотополимеры, SLM использует металлы.
Электронно-лучевое плавление (ЭЛП)	EBM использует электронный луч, SLM использует лазерный луч.
Струйная обработка вяжущего	Струйная обработка связующего связывает частицы порошка, SLM полностью расплавляет порошок

SLM позволяет печатать полностью плотные металлические детали, подходящие для конечного инженерного применения.

Металлы для SLM-печати

Обычные металлы, напечатанные по технологии SLM:

Материал	Основные свойства
Нержавеющая сталь	Коррозионная стойкость, высокая прочность
Алюминиевые сплавы	Легкий, пластичный
Титановые сплавы	Легкий вес, высокая прочность
Никелевые сплавы	Термостойкость и коррозионная стойкость
Кобальт-хром	Биосовместимость, износостойкость
Инструментальные стали	Высокая твердость, термостабильность

С помощью SLM печатается ряд металлов для различных применений, требующих определенных свойств материала.

Параметры процесса СЛМ

Критические параметры процесса УУЗР:

Параметр	Типовой диапазон
Мощность лазера	100-400 W
Скорость сканирования	100-5000 мм/с
Расстояние между люками	50-200 мкм
Толщина слоя	20-100 мкм
Размер пятна	50-100 мкм
Создайте камерную атмосферу	Аргон или азот

Эти параметры оптимизируются в зависимости от материала, геометрии детали, скорости сборки и требуемых механических свойств.

Преимущества СЛМ-печать

Ключевые преимущества SLM-печати:

• Возможность создания сложной геометрии, невозможной при механической обработке.
• Значительно более короткие сроки выполнения работ по сравнению с механической обработкой.
• Минимальные отходы материала и более низкий коэффициент покупки/перелета
• Потенциал облегчения решетчатых структур
• Объединение сборок в отдельные детали.
• Индивидуальные продукты, адаптированные к спецификациям клиентов
• Производство точно в срок и сокращение запасов
• Высокая точность размеров и повторяемость
• Хорошее качество поверхности и высокое разрешение

SLM обеспечивает значительную экономию средств и времени при производстве малых и средних объемов.

Приложения УУЗР

Промышленность	Общие приложения
Аэрокосмическая промышленность	Лопатки турбин, кронштейны конструкции, детали двигателя
Медицина	Стоматологические колпачки, имплантаты, хирургические инструменты
Автомобильная промышленность	Легкие компоненты, индивидуальные прототипы
Промышленность	Легкие роботизированные детали, приспособления, приспособления, инструменты

SLM используется во многих отраслях для производства высокопроизводительных металлических деталей конечного использования с сокращенными сроками выполнения заказов.

Постобработка деталей SLM

Типичные этапы постобработки детали SLM:

• Удаление опорной конструкции с помощью электроэрозионной обработки
• Механическая обработка поверхности для улучшения качества отделки
• Сверление отверстий, нарезание резьбы
• Термическая обработка для улучшения свойств.
• Горячее изостатическое прессование для устранения внутренних пустот.
• Обработка поверхности, такая как дробеструйная обработка, анодирование, нанесение покрытия.

Постобработка адаптирует детали в соответствии с требованиями применения.

Рекомендации по проектированию УУЗР

Ключевые соображения при проектировании УУЗР:

• Оптимизация геометрии для уменьшения количества опорных конструкций
• Поддерживайте минимальную толщину стенок для лучшего рассеивания тепла.
• Используйте мелкие решетчатые конструкции для снижения веса.
• Создавайте самонесущие геометрии, чтобы избежать опор.
• Учитывайте допуски после механической обработки и качество поверхности.
• Ориентируйте детали, чтобы минимизировать эффект ступенек.
• Учитывайте влияние термических напряжений во время печати.
• Встроенные функции, такие как вкладки, для облегчения удаления поддержки

Инструменты моделирования помогают оценить возможность печати SLM уже на этапе проектирования.

СЛМ печатное оборудование

Основные производители систем SLM:

Компания	Модель
EOS	Серия EOS M
3D Systems	Серия ProX DMP
Renishaw	серия АМ
GE Additive	Концепт-лазер М2
Решения SLM	СЛМ 500

Эти готовые к использованию системы обеспечивают возможности автоматизированной SLM-печати в различных размерах.

Экономика затрат УУЗР

Стоимость печати SLM варьируется в зависимости от:

• Затраты на приобретение станка – от 1ТП4Т0,5М до 1ТП4Т1,5М.
• Затраты на материалы – 1ТП4Т50-1ТП4Т150/кг для обычных металлов.
• Затраты на оплату труда – эксплуатация станка, постобработка
• Скорость сборки – 5-100 см3/час в зависимости от параметров.
• Экономия за счет увеличения объемов производства

SLM наиболее экономически эффективен для сложного производства малых и средних объемов по сравнению с другими процессами производства металлов.

Проблемы СЛМ-печать

Некоторые проблемы, связанные с УУЗР, включают:

• Высокие остаточные напряжения могут привести к деформации деталей.
• Анизотропные свойства материала в зависимости от ориентации сборки
• Ограничения на максимальный размер детали
• Удаление порошка из внутренних каналов
• Достижение качества поверхности, сравнимого с механической обработкой
• Необходимость в опорных конструкциях на свесах
• Требуется специальная подготовка операторов
• Риски, связанные с обращением с порошком, требуют мер предосторожности.

Однако продолжающееся развитие помогает решить многие из этих проблем.

Будущие перспективы УУЗР

Будущие перспективы SLM-печати позитивны:

• Улучшенное качество деталей с меньшим количеством дефектов
• Большие объемы сборки позволяют создавать более крупные детали
• Более высокая скорость сборки благодаря более высокой мощности лазера
• Разработка новых материалов расширяет возможности применения
• Гибридное производство, сочетающее SLM и механическую обработку
• Автоматизированная обработка и последующая обработка порошка
• Широкое внедрение в более широком спектре отраслей
• Снижение затрат делает его экономичным для большего количества применений.

Эти достижения позволят печатным металлическим деталям SLM конкурировать с традиционными производственными процессами во все большем количестве применений.

Выбор поставщика услуг печати SLM

Вот важные факторы при выборе поставщика услуг SLM:

• Опыт конкретно с технологией SLM
• Ассортимент предлагаемого оборудования и типоразмеров
• Экспертиза материалов с различными металлическими сплавами
• Возможности вторичной обработки, такие как термообработка
• Сертификаты качества, такие как ISO 9001 и AS9100.
• Оптимизация проектирования и инженерная поддержка
• Сроки выполнения и своевременная доставка
• Рекомендации и отзывы клиентов
• Структура ценообразования – ценообразование по частям и по объему

Выбор надежного сервисного партнера SLM гарантирует эффективное производство высококачественных деталей.

Плюсы и минусы СЛМ-печать

Плюсы

• Сложная геометрия невозможна при механической обработке.
• Быстрое время перехода от CAD к детали
• Низкие материальные отходы и соотношение покупок и перелетов
• Облегчение благодаря оптимизированному дизайну
• Объединение сборок в отдельные печатные детали.
• Индивидуальный производственный потенциал «точно в срок»
• Устраняет затраты на инструменты, приспособления и приспособления.

Cons

• Высокие капитальные вложения в оборудование
• Ограниченный размер в зависимости от размеров рабочей камеры
• Постобработка часто требуется для окончательной обработки деталей.
• Анизотропные свойства в зависимости от ориентации сборки
• Отсутствие стандартов проектирования для аддитивного производства.
• Варианты материалов более ограничены, чем при механической обработке.
• Требуется обученный персонал для работы с оборудованием.

Для производства малых и средних объемов УУЗР может обеспечить значительные преимущества, но у него есть ограничения, которые следует учитывать.

Вопросы и ответы

Вопрос	Отвечать
Какие материалы используются в УУЗР?	Обычные материалы SLM включают нержавеющую сталь, алюминий, титан, никелевые сплавы, инструментальные стали и кобальт-хром.
В каких отраслях используется SLM-печать?	Аэрокосмическая, медицинская, автомобильная и промышленная отрасли являются ведущими приверженцами УУЗР.
Можно ли использовать металлические детали из SLM напрямую?	Большинство деталей SLM требуют последующей обработки, такой как отделка поверхности и термообработка, прежде чем использовать их в качестве компонентов конечного использования.
Подходит ли SLM-печать для массового производства?	Нет, SLM-печать лучше подходит для небольших и средних партий, а не для массового производства.
Какую точность и чистоту поверхности можно достичь с помощью SLM?	Возможна точность +/- 0,1-0,2%. Шероховатость поверхности перед чистовой отделкой колеблется в пределах 10-30 мкм.

Заключение

SLM-печать позволяет производить по требованию сложные, высокопроизводительные металлические детали с помощью цифрового производственного процесса. Поскольку технология продолжает развиваться, SLM станет жизнеспособным для более распространенных приложений в различных отраслях. Уникальные возможности SLM-печати дадут инженерам и дизайнерам возможность создавать инновационные продукты нового поколения с использованием аддитивного производства.

узнать больше о процессах 3D-печати