Технология SLM 3D-печати

Обзор SLM 3D печать

SLM (selective laser melting) - технология аддитивного производства или 3D-печати, использующая лазер для сплавления металлических порошков в твердые 3D-объекты. SLM подходит для обработки реактивных и высокопрочных металлов, таких как титан, алюминий, нержавеющая сталь, кобальтохромовые и никелевые сплавы, для создания функционально плотных деталей со сложной геометрией.

SLM 3D-печать Работает за счет избирательного плавления последовательных слоев металлического порошка друг на друга с помощью сфокусированного лазерного луча. Лазер полностью расплавляет и сплавляет частицы в местах, определяемых срезом CAD-модели. После сканирования каждого слоя наносится новый слой порошка, и процесс повторяется до тех пор, пока не будет изготовлена вся деталь. Детали, изготовленные методом SLM, по своим свойствам сопоставимы или превосходят традиционные.

SLM ценится за способность производить плотные, легкие и сложные металлические компоненты с улучшенными механическими свойствами и формами, недостижимыми обычными методами. Ознакомьтесь с подробным руководством по SLM 3D-печати, включающим ее основные характеристики, области применения, спецификации, поставщиков, стоимость, плюсы и минусы, а также многое другое.

Основные особенности технологии SLM

Основные области применения SLM 3D-печати

СЛМ лучше всего подходит для малых и средних объемов производства, где требуется сложность и индивидуальный подход. Она находит широкое применение как для изготовления металлических прототипов, так и для производства деталей конечного потребления в различных отраслях промышленности. К числу основных областей применения относятся:

Технология широко используется в таких отраслях промышленности, как аэрокосмическая, оборонная, автомобильная и здравоохранение, поскольку позволяет изготавливать полнофункциональные металлические детали с повышенными механическими свойствами и сложной геометрией.

Рекомендации и спецификации по проектированию SLM

Правильное проектирование деталей имеет решающее значение для предотвращения таких производственных проблем SLM, как остаточные напряжения, искажения, плохая обработка поверхности и отсутствие дефектов сплавления. Необходимо учитывать следующие моменты:

Следуя принципам проектирования аддитивного производства (DFAM), можно оптимизировать детали, чтобы в полной мере использовать преимущества SLM в плане сложности, снижения массы, повышения производительности и консолидации компонентов.

Характеристики размеров системы SLM

В системах SLM имеется камера, заполненная инертным газом, механизм дозатора порошка и мощный лазер, сфокусированный в крошечное пятно для расплавления слоев металлического порошка. Большие объемы сборки и более высокая мощность лазера позволяют создавать более крупные детали и увеличивать скорость сборки.

Параметры процесса СЛМ

Оптимизация параметров процесса SLM позволяет достичь максимальной плотности деталей, минимального количества дефектов, контролируемой микроструктуры и механических свойств, хорошего качества обработки поверхности и геометрической точности.

Требования к порошкам SLM

Для изготовления деталей высокой плотности и качества методом SLM требуются сферические порошки высокой чистоты с контролируемым гранулометрическим составом и морфологией. Порошки, отвечающие этим критериям, обеспечивают плавное повторное нанесение в процессе послойной сборки.

Этапы постобработки СЛМ

Хотя при SLM получаются детали практически чистой формы, обычно требуется некоторая постобработка:

Последующая обработка с помощью многокоординатных станков с ЧПУ, шлифование, полирование, травление и другие методы обработки поверхности позволяют достичь критических размеров, гладкости поверхности и эстетики, необходимых для конечного применения.

Анализ затрат на SLM-печать

Основные затраты при SLM-печати связаны с приобретением первоначальной системы, материалов, эксплуатацией машины и трудозатратами. Большие объемы производства дают эффект экономии на масштабе. Повторное использование неиспользованного порошка снижает затраты на материалы.

Выбор поставщика SLM 3D-принтеров

К числу ведущих производителей систем SLM относятся компании EOS, 3D Systems, SLM Solutions, Renishaw и AMCM. При выборе поставщика необходимо оценить технические характеристики оборудования, репутацию производителя, процедуры контроля качества, услуги и стоимость.

Плюсы и минусы SLM-печати

SLM 3D-печать обеспечивает беспрецедентную свободу проектирования, консолидацию деталей, легкую прочность и возможность персонализации. К недостаткам можно отнести стоимость системы, низкие скорости, ограничения по размерам и материалам.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Здесь приведены ответы на некоторые распространенные вопросы о технологии селективного лазерного плавления:

Какие материалы можно печатать с помощью SLM?

SLM подходит для работы с реактивными и высокопрочными металлами, включая нержавеющую сталь, алюминий, титан, кобальт-хром, никелевые сплавы и др. Каждая система рассчитана на конкретные возможности материала.

Насколько точна SLM-печать?

SLM обеспечивает точность порядка ±0,1-0,2% при чистоте поверхности 25-35 мкм Ra в зависимости от материала, параметров и геометрии детали. Разрешение достигает 30 мкм.

Насколько прочны детали, напечатанные методом SLM?

СЛМ позволяет получать более 99% плотных металлических деталей с прочностью материала, сравнимой или превосходящей традиционные методы изготовления металлов.

Назовите примеры компонентов, изготовленных с помощью SLM?

SLM находит широкое применение в аэрокосмической, медицинской, стоматологической, автомобильной и других отраслях промышленности для изготовления таких изделий, как лопатки турбин, имплантаты, литьевые формы и легкие кронштейны.

Детали какого размера можно печатать методом SLM?

Типичные размеры SLM-систем составляют 100-500 мм x 100-500 мм x 100-500 мм. Для больших деталей существуют более крупные системы. Размеры ограничиваются камерой и необходимыми опорами.

Сколько времени занимает SLM-печать?

Время сборки составляет от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от таких факторов, как размер детали, толщина слоя и количество компонентов, упакованных в платформу. SLM печатает металл со скоростью 5-100 см3/час.

Требуются ли для SLM опоры?

При SLM-печати часто требуются минимальные опорные конструкции. Они выполняют роль якорей и теплопроводников, предотвращая деформацию в процессе сборки. После печати опоры удаляются.

Каких температур достигает SLM?

Локализованный лазер в SLM может кратковременно достигать температуры до 10 000 °C в бассейне расплава, быстро охлаждаясь до образования затвердевшего металла. При этом температура в камере не превышает 100 °C.

Что отличает SLM от других видов 3D-печати?

SLM использует лазер для полного расплавления металлического порошка в плотные, функциональные детали. В других видах металлической 3D-печати, таких как струйное нанесение связующего, используются клеи и спекание, которые дают более пористые результаты.

Каковы основные этапы процесса SLM?

1. CAD-модель нарезается на слои в цифровом виде
2. Порошок прокатывается по строительной платформе
3. Лазер сканирует каждый слой, сплавляя частицы порошка
4. Шаги 2-3 повторяются до тех пор, пока деталь не будет завершена
5. Постобработка, например, удаление наростов и обработка поверхности

Какой порошок используется в SLM?

В SLM используются тонкие металлические порошки размером 10-45 мкм со сферической морфологией и контролируемым распределением частиц по размерам. Распространенными материалами являются нержавеющая сталь, титан, алюминий, никелевые сплавы и др.

В каких отраслях используется SLM-печать?

Аэрокосмическая, медицинская, стоматологическая, автомобильная, инструментальная и ювелирная промышленность используют технологию SLM благодаря ее способности производить сложные, настраиваемые металлические детали с высокой точностью и прочностью.

Насколько дорога SLM-печать?

СЛМ имеет высокую стоимость систем - от $100 000 до $1 000 000+. Материалы стоят $50-500/кг. При больших объемах производства достигается экономия от масштаба. Эксплуатационные расходы составляют $50-500/час.

Какие меры предосторожности необходимы при использовании SLM?

СЛМ сопряжена с лазерной опасностью, горячими поверхностями, реактивными мелкими металлическими порошками и потенциальными выбросами. Необходимо использовать надлежащие средства лазерной безопасности, вентиляцию инертными газами и средства индивидуальной защиты.

Заключение

Аддитивное производство с использованием SLM обеспечивает исключительные возможности для получения плотных, прочных металлических деталей, структурная целостность которых аналогична деталям, изготовленным механической обработкой. Оно позволяет расширить свободу проектирования, сложность, персонализацию, облегчение и консолидацию по сравнению с традиционными методами изготовления. Однако этот процесс сопряжен со значительными системными затратами и низкой скоростью изготовления.

Благодаря постоянному совершенствованию материалов, качества, размеров, точности, программного обеспечения и параметров, ускоряется внедрение СЛМ в конечные производственные приложения в аэрокосмической, медицинской, стоматологической, автомобильной и других отраслях. Используя преимущества SLM и не забывая о ее ограничениях, производители могут внедрять ее для получения конкурентных преимуществ.

узнать больше о процессах 3D-печати