Лазерное аддитивное производство (LAM)

Обзор Лазерное аддитивное производство (LAM)

Лазерное аддитивное производство (LAM) - это революционная технология в области изготовления металлов. В ней используется мощный лазер для сплавления металлических порошков в сложные и точные компоненты. Этот процесс, также известный как 3D-печать, преобразует промышленность, позволяя создавать сложные геометрические формы, которые раньше было невозможно или очень дорого производить с помощью традиционных методов производства.

LAM отличается своей способностью производить детали с исключительной прочностью, легкими конструкциями и минимальным количеством отходов. Это - переломный момент для таких отраслей, как аэрокосмическая, автомобильная и здравоохранение, где постоянно растет спрос на высокоэффективные материалы и индивидуальные компоненты.

Типы и состав металлических порошков в LAM

Одним из важнейших элементов LAM является используемый металлический порошок. Выбор порошка существенно влияет на свойства, качество и производительность конечного продукта. Здесь мы подробно рассмотрим некоторые конкретные модели металлических порошков:

Металлический порошок	Состав	Свойства	Характеристики
Ti6Al4V (титановый сплав)	90% Титан, 6% Алюминий, 4% Ванадий	Высокая прочность, легкий вес	Отличная коррозионная стойкость, биосовместимость
Нержавеющая сталь 316L	17% Хром, 12% Никель, 2% Молибден, Железо	Высокая пластичность, коррозионная стойкость	Немагнитные, легко свариваются
Инконель 718	Никель, хром, железо, ниобий	Устойчивость к высоким температурам	Отличные механические свойства при высоких температурах
AlSi10Mg (алюминиевый сплав)	89% Алюминий, 10% Кремний, 1% Магний	Легкий вес, хорошая теплопроводность	Хорошая свариваемость, высокая усталостная прочность
CoCr (кобальто-хромовый сплав)	Кобальт, Хром	Износостойкость, высокая прочность	Биосовместимость, отличная коррозионная стойкость
Мартенситностареющая сталь (18Ni300)	18% Никель, 12% Кобальт, 4% Молибден	Высокая прочность, вязкость	Хорошая стабильность размеров, возможность сварки
Медь	Чистая медь	Отличная электропроводность	Хорошая теплопроводность, антибактериальные свойства
Инструментальная сталь H13	Железо, 5% Хром, 1% Молибден, 1% Ванадий	Высокая прочность, термостойкость	Хорошая износостойкость, высокая прокаливаемость
Ni625 (никелевый сплав)	58% Никель, 21% Хром, 9% Молибден	Высокая коррозионная стойкость, прочность	Хорошая свариваемость, устойчивость к окислению
Бронза	Медь, олово 12%	Хорошая износостойкость, низкое трение	Отличная обрабатываемость, коррозионная стойкость

Применение Лазерное аддитивное производство (LAM)

Универсальность LAM делает его пригодным для широкого спектра применений в различных отраслях промышленности. Вот некоторые из основных областей применения:

Промышленность	Приложение	Описание
Аэрокосмическая промышленность	Компоненты двигателя, конструктивные элементы	Легкие и прочные детали со сложной геометрией
Автомобильная промышленность	Нестандартные детали, легкие компоненты	Высокопроизводительные детали, снижающие вес автомобиля и повышающие его эффективность
Медицина	Имплантаты, протезы, хирургические инструменты	Индивидуальные, биосовместимые устройства, улучшающие результаты лечения пациентов
Энергия	Лопатки турбин, теплообменники	Прочные, устойчивые к высоким температурам компоненты для энергетических систем
Инструментальная оснастка	Формы, штампы, оснастка	Прецизионные инструменты, улучшающие производственные процессы
Электроника	Теплоотводы, разъемы	Эффективное терморегулирование и точные электронные компоненты
Ювелирные изделия	Индивидуальный дизайн, замысловатые узоры	Ювелирные изделия с высокой детализацией и индивидуальным дизайном
Оборона	Легкая броня, компоненты оружия	Высокопрочные, долговечные детали для оборонной промышленности
Архитектура	Структурные элементы, художественные элементы	Уникальные, сложные конструкции для современных архитектурных проектов
Потребительские товары	Товары на заказ, замысловатые конструкции	Персонализированные изделия с замысловатыми деталями

Спецификации, размеры, марки и стандарты металлических порошков

Каждый металлический порошок, используемый в LAM, должен соответствовать определенным стандартам и спецификациям, чтобы обеспечить оптимальную производительность и качество. Здесь представлен полный обзор этих аспектов:

Металлический порошок	Размер частиц	Класс	Стандарт
Ti6Al4V	15-45 мкм	5 класс	ASTM B348, ISO 5832-3
Нержавеющая сталь 316L	15-45 мкм	Марка 316L	ASTM A240, ISO 5832-1
Инконель 718	15-53 мкм	718 класс	AMS 5662, ASTM B637
AlSi10Mg	20-63 мкм	Степень 10Mg	ISO 3522, EN 1706
CoCr	10-45 мкм	F75, F799	ASTM F75, ISO 5832-4
Мартенситностареющая сталь 18Ni300	15-45 мкм	Класс 300	AMS 6514, ASTM A538
Медь	20-45 мкм	OFHC	ASTM F68, ISO 197-1
Инструментальная сталь H13	15-45 мкм	H13	ASTM A681, DIN 1.2344
Ni625	15-53 мкм	625 класс	AMS 5666, ASTM B446
Бронза	20-45 мкм	C90700	ASTM B427, SAE J461

Поставщики и цены на металлические порошки

Цены и доступность металлических порошков могут варьироваться в зависимости от поставщика и конкретных требований процесса LAM. Ниже приведен список некоторых поставщиков и обзор цен:

Поставщик	Металлический порошок	Цена за кг	Доступность
Höganäs	Ti6Al4V	$300	Глобальная
Столярная присадка	Нержавеющая сталь 316L	$200	Глобальная
Технология LPW	Инконель 718	$400	Глобальная
AP&C	AlSi10Mg	$150	Глобальная
Sandvik	CoCr	$350	Глобальная
GKN Hoeganaes	Мартенситностареющая сталь 18Ni300	$250	Глобальная
Tekna	Медь	$100	Глобальная
Renishaw	Инструментальная сталь H13	$200	Глобальная
Oerlikon	Ni625	$450	Глобальная
Erasteel	Бронза	$180	Глобальная

Сравнение плюсов и минусов различных металлических порошков

Понимание преимуществ и ограничений различных металлических порошков имеет решающее значение для выбора подходящего материала для конкретных применений в LAM. Вот сравнительный обзор:

Металлический порошок	Преимущества	Недостатки
Ti6Al4V	Высокое соотношение прочности и веса, устойчивость к коррозии.	Дорогой, требует осторожного обращения при обработке
Нержавеющая сталь 316L	Коррозионная стойкость, хорошая пластичность	Более низкая прочность по сравнению с некоторыми другими сплавами
Инконель 718	Отличные высокотемпературные характеристики	Высокая стоимость, сложность в обработке
AlSi10Mg	Легкий вес, хорошие тепловые свойства	Более низкая прочность по сравнению со стальными сплавами
CoCr	Биосовместимость, высокая износостойкость	Дорого, трудно обрабатывать
Мартенситностареющая сталь 18Ni300	Высокая прочность, вязкость	Требуется термическая обработка после обработки
Медь	Отличная электро- и теплопроводность	Легко окисляется, не так прочен, как другие металлы
Инструментальная сталь H13	Высокая прочность, термостойкость	Требует термообработки, может быть трудно поддаваться механической обработке
Ni625	Высокая прочность и коррозионная стойкость	Очень дорого, трудно обрабатывать
Бронза	Хорошая обрабатываемость, износостойкость	Низкая прочность, может быть дороже стали

Преимущества Лазерное аддитивное производство (LAM)

Лазерное аддитивное производство обладает рядом существенных преимуществ, которые делают его предпочтительным выбором в различных отраслях промышленности:

1. Свобода дизайна: LAM позволяет создавать сложные геометрические фигуры, которые невозможно или очень затратно создавать традиционными методами. Это открывает новые возможности в области дизайна и инноваций.
2. Эффективность использования материалов: LAM использует только необходимое количество материала, сокращая количество отходов и снижая затраты. Это особенно полезно для таких дорогих материалов, как титан и никелевые сплавы.
3. Персонализация: Она позволяет изготавливать детали, отвечающие конкретным требованиям, например, медицинские имплантаты, идеально подходящие к анатомии пациента.
4. Скорость: LAM позволяет значительно сократить время от проектирования до производства, ускоряя разработку продукта и вывод его на рынок.
5. Прочность и долговечность: Детали, изготовленные с использованием LAM, часто обладают лучшими механическими свойствами, такими как повышенная прочность и усталостная прочность, по сравнению с деталями, изготовленными традиционными методами.

Недостатки лазерного аддитивного производства (LAM)

Несмотря на многочисленные преимущества, LAM имеет и некоторые ограничения, которые необходимо учитывать:

1. Высокая стоимость: Первоначальные инвестиции в оборудование и материалы для LAM могут быть значительными, что может оказаться непосильным для малого бизнеса.
2. Материальные ограничения: Не все материалы подходят для LAM, а ассортимент доступных порошков может быть ограничен.
3. Отделка поверхности: Детали, изготовленные с помощью LAM, могут потребовать дополнительной постобработки для достижения требуемой чистоты и точности поверхности.
4. Ограничения по размеру: Объем сборки станков LAM может быть ограничен, что затрудняет изготовление очень крупных деталей.
5. Сложность в процессе: LAM требует высокого уровня квалификации и тщательного контроля параметров процесса для обеспечения качества и постоянства.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос	Отвечать
Что такое Лазерное аддитивное производство (LAM)?	LAM - это технология 3D-печати, которая использует мощный лазер для сплавления металлических порошков в точные сложные компоненты.
Какие материалы могут быть использованы в LAM?	В LAM могут использоваться различные металлические порошки, такие как титановые сплавы, нержавеющие стали, никелевые сплавы, алюминиевые сплавы, кобальт-хром, медь и инструментальные стали.
В чем преимущества LAM по сравнению с традиционным производством?	LAM предлагает свободу проектирования, эффективность использования материалов, индивидуальный подход, скорость и превосходные механические свойства, что делает его идеальным для сложных и высокопроизводительных деталей.
Каковы общие области применения LAM?	LAM используется в аэрокосмической, автомобильной, медицинской, энергетической, инструментальной, электронной, ювелирной, оборонной, архитектурной и потребительской промышленности для изготовления различных высокопроизводительных деталей.
Каковы ограничения LAM?	LAM может быть дорогостоящим, имеет ограничения по материалу, может потребовать последующей обработки поверхности, имеет ограничения по размеру и требует высокого уровня квалификации.
Как LAM повышает эффективность использования материалов?	LAM использует только необходимое количество материала для изготовления детали, что сокращает количество отходов и снижает затраты, особенно на дорогие материалы.
Какие отрасли промышленности получают наибольшую выгоду от использования LAM?	Такие отрасли, как аэрокосмическая, автомобильная, медицинская и энергетическая, получают значительную выгоду от LAM благодаря способности производить высокопроизводительные, индивидуальные компоненты.
Подходит ли LAM для крупномасштабного производства?	LAM идеально подходит для малых и средних серий, особенно для сложных и индивидуальных деталей, но может быть ограничена для очень крупного производства.
Каков диапазон стоимости металлических порошков, используемых в LAM?	Стоимость металлических порошков варьируется в широких пределах: от около $100 за кг для обычных материалов, таких как медь, до более $450 за кг для специализированных сплавов, таких как Ni625.
Как LAM обеспечивает качество и согласованность деталей?	LAM требует тщательного контроля параметров процесса, высококачественных металлических порошков, а иногда и последующей обработки для обеспечения качества и согласованности деталей.

Заключение

Лазерное аддитивное производство (LAM) представляет собой значительный скачок вперед в области изготовления металлов. Благодаря своей способности создавать сложные геометрические формы, сокращать количество отходов и обеспечивать превосходные свойства материалов, LAM преобразует отрасли и расширяет границы возможного в производстве. По мере того как технология развивается и становится все более доступной, ее применение будет только расти, делая LAM неотъемлемой частью будущего производства.

узнать больше о процессах 3D-печати