SLM Аддитивное производство

Аддитивное производство, также известное как 3D-печать, - это революционный способ изготовления деталей и изделий. Одной из наиболее широко используемых технологий аддитивного производства является селективное лазерное плавление (SLM). SLM - это метод сплавления порошкового слоя, в котором используется мощный лазер для выборочного сплавления порошка материала для создания деталей слой за слоем.

SLM позволяет создавать сложные геометрические формы с замысловатыми внутренними элементами непосредственно на основе данных 3D CAD. Она также минимизирует отходы материалов и обеспечивает гибкость конструкции, недоступную при традиционном производстве. Однако SLM требует специализированного оборудования, оптимизированных параметров обработки и понимания характеристик материала.

Это исчерпывающее руководство охватывает все, что вам нужно знать о селективном лазерном плавлении в аддитивном производстве. В нем рассказывается о технологии, типичных используемых материалах, областях применения, преимуществах и ограничениях, спецификациях, поставщиках, стоимости, сравнении с другими методами 3D-печати и многом другом. Читайте дальше, чтобы стать экспертом в области SLM!

Принцип работы SLM 3D-печати

SLM использует сфокусированный лазерный луч для расплавления и сплавления металлических порошков. Детали создаются аддитивно, слой за слоем, на основе нарезки данных 3D-модели CAD. Вот основные аспекты процесса SLM:

Обзор процесса аддитивного производства SLM

Многослойный подход позволяет создавать сложные органические формы с замысловатыми внутренними полостями и туннелями, которые невозможно сделать традиционными методами, такими как литье или механическая обработка из цельных блоков.

SLM также имеет схожие названия, включая селективное лазерное спекание (SLS), прямое лазерное спекание металлов (DMLS) и сплавление в порошковом слое (PBF). Основные аспекты этих процессов, основанных на использовании порошка, по сути, идентичны с небольшими различиями в оборудовании.

Материалы SLM

С помощью технологии аддитивного производства SLM можно обрабатывать широкий спектр металлов, сплавов и керамики. Наиболее часто используются нержавеющие стали, кобальт-хром, титан, алюминий и суперсплавы на основе никеля. Варианты материалов продолжают расширяться по мере развития технологии.

Распространенные материалы и способы применения SLM

Самый популярный вариант - это Порошок из нержавеющей стали 316L благодаря своей прочности, коррозионной стойкости, высокому качеству отделки и более низкой стоимости по сравнению с экзотическими сплавами.

Материалы для SLM проходят строгий контроль качества, а сферические частицы порошка имеют средний диаметр 15-100 микрон. Более мелкие порошки улучшают разрешение, в то время как более грубые создают детали быстрее, но с меньшей точностью.

Приложения УУЗР

SLM используется для изготовления прототипов, индивидуальной оснастки и мелкосерийного производства сложных высокопроизводительных металлических деталей с улучшенными механическими свойствами. Вот некоторые из ведущих областей применения в основных отраслях промышленности:

Области применения аддитивного производства SLM

Способность объединять узлы в отдельные детали, быстро настраивать дизайн, сокращать время выполнения заказа с нескольких месяцев до нескольких дней по сравнению с традиционными методами производства лежит в основе растущего использования SLM для производственных приложений в этих отраслях.

Производители SLM-принтеров

Многие компании производят оборудование для SLM, также называемое 3D-принтерами. Основными игроками на рынке профессиональных металлических 3D-принтеров промышленного класса являются:

Ведущие поставщики оборудования для SLM

Хотя первоначальная стоимость оборудования для промышленной SLM-машины составляет от $150 000 до более $1 миллиона, выбор подходящей системы с учетом имеющегося пространства, потребностей в материалах, требований к точности и бюджетных соображений является ключевым. Ведущие производители предлагают различные размеры сборки, многолазерные конфигурации для повышения скорости, специализированные параметры для обеспечения качества и повторяемости при работе с различными сплавами, уровни автоматизации программного обеспечения и многое другое.

Свойства материалов SLM

Детали, напечатанные на станках SLM, обладают уникальными свойствами по сравнению с традиционными методами литья и механической обработки благодаря многослойному производству и быстрому затвердеванию.

Сравнение механических свойств - SLM и традиционное производство

Высокая скорость охлаждения в процессе SLM, превышающая 106 °C/с, создает более тонкие микроструктуры с метастабильными фазами. Это обеспечивает максимальную плотность при консолидации порошка, а также превосходные механические свойства, такие как повышенный предел текучести и растяжения. Удлинение обычно ниже для деталей, изготовленных методом SLM, поскольку высокая твердость и наличие внутренних напряжений ограничивают пластичность.

Правильная термообработка и горячее изостатическое прессование (HIP) позволяют снять внутренние напряжения и еще больше оптимизировать физические свойства, улучшив их согласованность. В целом SLM позволяет достичь плотности более 99,5% и получить функциональные металлические детали, практически идентичные традиционному производству.

SLM по сравнению с другими видами 3D-печати

Сравнение SLM с другими методами аддитивного производства

SLM отличается от других методов наплавки порошкового слоя, таких как электронно-лучевое плавление (EBM), более высокой скоростью сканирования, что позволяет создавать детали с меньшими остаточными напряжениями и более высоким разрешением. SLM позволяет получать полностью плотные функциональные металлические детали, в то время как струйная 3D-печать со связующим обеспечивает скорость, но предъявляет больше требований к постобработке. Системы FDM и SLA значительно отстают от оборудования SLM и EBM по доступной прочности материалов.

Технические характеристики SLM

3D-принтеры, использующие технологию селективного лазерного плавления, имеют несколько ключевых параметров, определяющих материалы, точность и размеры деталей, которые могут быть изготовлены.

Основные технические характеристики SLM-машины

Эти основные параметры станка, а также такие факторы, как встроенный нагрев для предварительного нагрева порошка и контроль скорости охлаждения, позволяют настраивать механические характеристики. Среда камеры с инертным газом также предотвращает окисление, в то время как лазеры пересекают слой металлического порошка тысячи раз за время сборки детали.

Точность и чистота поверхности

Точность размеров и шероховатость поверхности деталей, напечатанных методом SLM, находятся в относительно широких диапазонах в зависимости от выбранных параметров, сложности геометрии, постобработки и техники оператора.

Точность и чистота поверхности при SLM

Правильная ориентация, опорные конструкции, предварительный нагрев пластин, оптимизированные стратегии сканирования и последующие этапы обработки, такие как обработка с ЧПУ и полировка, могут улучшить качество обработки. Точность размеров также во многом зависит от правильно откалиброванного оборудования.

Требования к постобработке

После того как система SLM завершает изготовление детали, обычно требуется дополнительная постобработка перед вводом деталей в эксплуатацию. Эти этапы могут включать в себя:

• Извлечение деталей из порошкового пирога
• Ликвидация вспомогательных структур
• Термообработка для снятия напряжения
• Горячее изостатическое прессование (ГИП)
• Шлифование поверхностей, пескоструйная обработка, дробеструйная обработка, полировка
• Неразрушающий контроль

Постобработка направлена на уменьшение шероховатости поверхности, снятие остаточных напряжений, закрытие микропористости, улучшение точности размеров и эстетики.

Конкретные процедуры определяются типом материала, целью производства (прототип или функциональная деталь), требованиями к производительности и необходимыми критическими допусками.

Анализ затрат

Определение окупаемости инвестиций в приобретение и эксплуатацию собственных аддитивных производственных мощностей SLM зависит от многих переменных.

Расходы на УУЗР

Взвесьте общие эксплуатационные расходы с такими факторами стоимости, как:

- Свобода дизайна для снижения веса, персонализации, консолидации деталей

- Сокращение времени выполнения заказа с нескольких месяцев до нескольких дней/часов

- Упрощение цепочки поставок с помощью производства по требованию

- Улучшение эксплуатационных характеристик, например, повышение прочности и твердости

- Устойчивое производство с минимальным количеством отходов по сравнению с субтрактивными методами

- Увеличение срока службы дорогостоящих деталей, таких как аэрокосмические и медицинские.

Количественная оценка производительности и инновационных преимуществ имеет решающее значение. С опытом общая стоимость одной детали, произведенной с помощью SLM, может сравняться с обработкой на станках с ЧПУ при небольших объемах производства.

Отраслевые стандарты

Поскольку технология является относительно новой, все еще ведутся работы по внедрению общепромышленных спецификаций, кодов и стандартов для аддитивного производства с использованием SLM.

Ландшафт стандартизации SLM

Сертификация по этим стандартам обеспечивает повторяемость и надежность при поставке деталей AM по всей цепочке поставок. Соответствие стандартам также открывает возможности для более широкого внедрения в регулируемых секторах, таких как аэрокосмическая промышленность и медицинское оборудование.

Тематические исследования

Множество компаний используют свободу проектирования и быстрые сроки изготовления SLM для создания более легких и прочных компонентов в самых разных отраслях - от аэрокосмических ракет до автомобилей Формулы 1.

Примеры применения аддитивного производства SLM

Эти приложения демонстрируют, что детали, изготовленные с применением технологии SLM, превосходят традиционные производственные ограничения. По мере того как все больше компаний внедряют технологии AM, инновационные возможности продолжают расширяться.

Аддитивное производство с использованием SLM - Вопросы и ответы

Часто задаваемые вопросы по SLM

В этом FAQ собраны ответы на основные вопросы о селективном лазерном плавлении в аддитивном производстве. SLM позволяет достичь новых показателей производительности благодаря полной свободе проектирования.

Будущее SLM

Внедрение SLM продолжает ускоряться по мере того, как все больше отраслей расширяют границы аддитивного производства. Достижения в области оборудования, программного обеспечения, материалов и процессов качества будут способствовать расширению сфер применения.

Ожидается, что ведущие производители принтеров предложат более широкий выбор специализированных станков для обработки различных сплавов и параметров обработки. Для интегрированного производства также появляются гибридные системы, включающие дополнительные процессы, такие как фрезерование, сверление, контроль. Автоматизированное удаление и восстановление порошка позволит снизить затраты.

Мониторинг в режиме реального времени позволит еще более жестко контролировать процесс и обеспечивать качество по замкнутому циклу. Алгоритмы машинного обучения могут оптимизировать работу здания. По мере укрепления стандартов на основе лучших практик пользователи также получат больше предсказуемости.