понимание технологии SLM Manufacturing

производство слм это процесс аддитивного производства с использованием порошкового наплавления, применяемый во всех отраслях промышленности. В данном руководстве представлен полный обзор SLM - принцип работы, материалы, области применения, преимущества/недостатки, поставщики систем и многое другое.

Обзор селективного лазерного плавления (SLM)

slm-производство - это аддитивное производство, в котором с помощью лазера осуществляется послойное выборочное расплавление металлического порошка для создания полностью плотных деталей. Ключевые атрибуты:

• Использование данных 3D CAD для управления лазерным плавлением слоев порошка
• Достижение практически полной плотности в большинстве сплавов (>99%)
• Позволяет создавать сложные геометрические формы, невозможные при литье/обработке
• К распространенным материалам относятся нержавеющая сталь, титан, алюминий, никелевые сплавы
• Типичная толщина слоя 20-100 мкм

СЛМ-производство обеспечивает свободу проектирования и механические свойства, превосходящие традиционное производство.

Как производство слм Работает

SLM использует мощный лазер для расплавления мелкого металлического порошка в точные детали:

• CAD-модель нарезается в цифровом виде на тонкие поперечные слои
• Слой порошка равномерно распределяется по рабочей платформе
• Лазер расплавляет порошок на основе каждого среза, сплавляя частицы воедино
• Платформа опускается, наносится новый слой, и процесс повторяется
• Полностью плотные детали создаются послойно аддитивным способом

Защитная атмосфера инертного газа предотвращает окисление при сборке.

Материалы для СЛМ

Для СЛМ могут использоваться многие металлические порошки, в том числе:

SLM Металлические материалы

• Нержавеющая сталь (316L, 17-4PH, 15-5PH)
• Инструментальная сталь (H13, M2)
• Титан (Ti-6Al-4V)
• Алюминий (AlSi10Mg)
• Кобальт-хром (CoCr)
• Никелевые сплавы (Inconel 625, 718)
• Медные сплавы
• Драгоценные металлы

Толщина порошков обычно варьируется в пределах 15-45 мкм. Некоторые сплавы требуют специальных параметров для успешной печати.

Области применения деталей, изготовленных методом SLM

slm-производство позволяет объединять узлы в цельные компоненты, не требующие сборки. К числу распространенных применений относятся:

Применение SLM-деталей

• Аэрокосмическая промышленность - легкие конструкции, турбины, кронштейны
• Медицина - имплантаты, протезы, хирургические инструменты
• Автомобильная промышленность - облегченные компоненты, нестандартные конструкции
• Инструментальная оснастка - литьевые пресс-формы с конформным охлаждением
• Энергетика - сложная нефтегазовая арматура, теплообменники
• Оборона - заказные детали дронов/роботов, требующие прочности

SLM позволяет оптимизировать конструкции с уменьшением массы и сроков изготовления по сравнению с традиционным производством.

Преимущества аддитивного производства с использованием SLM

Основные преимущества, делающие SLM привлекательным:

• Возможны сложные геометрии и микроструктуры
• Свойства полностью плотного и изотропного материала
• Меньше отходов - используются только необходимые материалы
• Снижение массы за счет консолидации узлов
• Быстрое выполнение проектных итераций
• Отсутствие необходимости в специальной оснастке, такой как литейные или кузнечные штампы
• Возможно изготовление сплавов и материалов по индивидуальному заказу

СЛМ-производство предоставляет практически неограниченную свободу для изготовления усовершенствованных компонентов, которые в противном случае не представляются возможными.

Ограничения при производстве slm

SLM имеет ряд недостатков по сравнению с традиционным производством:

• Более высокая стоимость деталей при небольших объемах производства
• Ограниченный размер, основанный на размерах камеры сборки (улучшается со временем)
• Ограниченный выбор материалов по сравнению с литыми или деформируемыми сплавами
• Часто требуется последующая обработка, например, обработка поверхности
• Специальная обработка реактивных порошков, таких как титан и алюминий
• Возможные дефекты, для выявления которых требуются методы контроля
• анизотропные свойства в некоторых материалах и конструкциях

Проблемы решаются за счет постоянного совершенствования технологий.

Поставщики систем SLM

К числу основных производителей оборудования для СЛМ относятся:

Известные поставщики систем SLM

• EOS
• 3D Systems
• GE Additive
• Трампф
• Renishaw
• DMG Mori
• Sisma
• Mazak
• AMCM

Многие из них поставляют системы "под ключ", а также оборудование для обработки порошка и последующей обработки.

Анализ затрат производство слм Производство

Как и большинство процессов AM, SLM имеет высокие начальные затраты, но низкую стоимость одной детали при больших объемах производства:

• Стоимость системы SLM ~$500 000 - $1M+
• Скорость наращивания ~5-20 см3/час (~10-50 г/час)
• Трудоемкость ~5-10 ч, включая постобработку
• Стоимость материала ~$50-200/кг
• Общая стоимость детали может составлять от $500 до $5000+

Наибольшие затраты приходятся на оплату труда, инвестиции в систему и материалы. Конкурентоспособна при небольших/средних объемах.

SLM по сравнению с литьем и обработкой металлов

Процесс	Плюсы	Cons	Лучшие приложения
SLM	Свобода проектирования, легкость, быстрое изготовление, минимум отходов	Ограниченный размер, более высокая стоимость при малых объемах, постобработка	Сложные детали малого и среднего объема
Литье металлов	Почти чистая форма, хорошо подходит для простых и сложных деталей, снижение стоимости при больших объемах производства	Дополнительные этапы обработки деталей, конструктивные ограничения, затраты на оснастку	Средние и большие объемы производства
Обработка на станках с ЧПУ	Широкий выбор материалов, высокая точность, хорошее качество обработки поверхности	Отходы от субтрактивного процесса, более высокая стоимость при меньших объемах, конструктивные ограничения, связанные с доступом к инструменту	Малые и средние объемы, когда конструкция часто меняется

Каждый процесс имеет свои преимущества, соответствующие конкретным областям применения, объемам производства и целям.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Какие материалы можно печатать с помощью SLM?

Наиболее распространенными материалами для СЛМ являются сплавы нержавеющей стали, титана, алюминия, кобальт-хрома, никеля, меди и драгоценных металлов. Также возможно использование различных инструментальных сталей и суперсплавов.

Какова типичная точность деталей SLM?

СЛМ позволяет получать детали с точностью около +/- 0,005 дюйма/дюйм в зависимости от таких факторов, как толщина слоя, стратегия сканирования, геометрия и постобработка. Критические поверхности могут потребовать механической обработки.

Какие виды постобработки требуются для деталей, изготовленных методом SLM?

Типичная постпроцессорная обработка при SLM включает удаление наростов, снятие напряжений, полировку/шлифовку поверхности, горячее изостатическое прессование для устранения внутренних пустот и, при необходимости, термообработку.

Можно ли с помощью СЛМ получать функционально-градиентные материалы?

Да, СЛМ позволяет изготавливать сложные градиентные структуры за счет интеллектуального изменения состава и микроструктуры исходного материала в различных точках сборки.

Подходит ли SLM для массового производства?

В настоящее время СЛМ наиболее применима при малых и средних объемах производства, вплоть до тысяч деталей, когда преимущества гибкости конструкции и индивидуальных свойств оправдывают затраты.

SLM позволяет добиться прорывного повышения производительности с помощью аддитивных технологий. По мере развития этой технологии стоимость будет становиться все более конкурентоспособной.

Заключение

Селективное лазерное плавление произвело революцию в производстве во всех отраслях промышленности, позволив создавать сложные оптимизированные геометрические формы, которые раньше были невозможны. Он позволяет создавать плотные функциональные металлические компоненты на основе данных 3D-модели путем сплавления слоев порошка с помощью сфокусированного лазера. Несмотря на то, что при небольших объемах производства затраты все еще выше, SLM предоставляет беспрецедентную свободу для изменения дизайна деталей с целью повышения их производительности. Постоянно расширяется спектр материалов, начиная с таких металлов, как титан, алюминий, сталь, никель и кобальтовые сплавы. По мере развития технологии SLM будет становиться все более жизнеспособной для крупносерийного производства, дополняя традиционное производство там, где оно дает преимущества. SLM продолжает открывать новые возможности для конструкторов и инженеров.

узнать больше о процессах 3D-печати