Технология УУЗР: комплексное руководство

SLM (селективное лазерное плавление) — это передовая технология аддитивного производства металлических деталей. В этом руководстве представлен углубленный анализ систем, процессов, материалов, приложений, преимуществ и соображений УУЗР при внедрении этой технологии.

Введение в селективное лазерное плавление

Селективное лазерное плавление (SLM) — это процесс аддитивного производства методом плавления в порошковом слое, в котором используется мощный лазер для выборочного плавления и плавления частиц металлического порошка слой за слоем для создания полностью плотных металлических деталей непосредственно из данных 3D CAD.

Ключевые особенности УУЗР технология:

• Использует лазер для выборочного плавления порошкообразных металлов
• Добавляет материал только там, где это необходимо.
• Позволяет создавать сложные геометрические формы, недоступные литьем или механической обработкой.
• Создает плотные металлические компоненты без пустот.
• Общие материалы включают алюминий, титан, сталь, никелевые сплавы.
• Возможность обработки деталей малого и среднего размера.
• Идеально подходит для сложных деталей небольшого объема.
• Устраняет необходимость в твердых инструментах, таких как формы и штампы.
• Снижает количество отходов по сравнению с субтрактивными методами.
• Обеспечивает повышение производительности с помощью инженерных структур.

SLM предлагает революционные возможности для инновационного дизайна продукции и экономичного производства. Однако освоение этого процесса требует специальных знаний.

Как работает селективное лазерное плавление

Процесс УУЗР включает в себя:

1. Нанесение тонкого слоя металлического порошка на рабочую пластину
2. Сканирование сфокусированного лазерного луча для выборочного плавления порошка
3. Опускание рабочей пластины и повторение наслоения и плавления
4. Удаление готовых деталей из порошкового слоя
5. Постобработка деталей по мере необходимости.

Точный контроль потребляемой энергии, шаблонов сканирования, температуры и атмосферных условий имеет решающее значение для получения бездефектных и плотных деталей.

Системы SLM включают в себя лазер, оптику, систему подачи порошка, камеру сборки, систему подачи инертного газа и элементы управления. Производительность во многом зависит от конструкции системы и параметров сборки.

Технология SLM Поставщики

Ведущие производители систем SLM включают в себя:

Выбор системы зависит от требований к размеру конструкции, материалов, качества, стоимости и обслуживания. Рекомендуется сотрудничать с опытным поставщиком решений SLM, чтобы правильно оценить варианты.

Характеристики процесса УУЗР

УУЗР предполагает сложное взаимодействие между различными параметрами процесса. Вот ключевые характеристики:

Лазер – Мощность, длина волны, режим, скорость сканирования, расстояние штриховки, стратегия

Порошок – Материал, размер частиц, форма, скорость подачи, плотность, сыпучесть, повторное использование.

Температура – Предварительный нагрев, плавление, охлаждение, термические нагрузки

Атмосфера – Тип инертного газа, содержание кислорода, скорость потока

Строительная пластина – Материал, температура, покрытие

Стратегия сканирования – Образец штриховки, вращение, контуры границ.

Поддерживает – Минимизация необходимости, интерфейса, удаления

Постобработка – Термическая обработка, HIP, механическая обработка, чистовая обработка

Понимание взаимосвязи между этими параметрами имеет важное значение для получения бездефектных деталей и оптимальных механических свойств.

Рекомендации по проектированию УУЗР

Правильная конструкция деталей имеет решающее значение для успеха SLM:

• Проектирование с учетом аддитивного производства по сравнению с традиционными методами
• Оптимизируйте геометрию для уменьшения веса, материала и повышения производительности.
• Сведите к минимуму потребность в опорах, используя самонесущие уголки.
• Разрешить поддержку областей интерфейса в дизайне.
• Ориентируйте детали, чтобы уменьшить напряжения и избежать дефектов.
• Учитывать термическую усадку элементов
• Спроектируйте внутренние каналы для удаления нерасплавленного порошка.
• Учитывайте потенциальную деформацию выступов или тонких сечений.
• Проектирование отделки поверхности с учетом фактической шероховатости
• Учитывайте влияние линий слоев на усталостные характеристики.
• Проектирование интерфейса крепления для необработанных деталей
• Минимизируйте захваченные объемы неспеченного порошка

Программное обеспечение для моделирования помогает оценить напряжения и деформации в сложных деталях SLM.

Варианты материалов SLM

С помощью SLM можно обрабатывать ряд сплавов, свойства материала зависят от используемых параметров.

Выбор совместимых сплавов и подбор соответствующих параметров имеют важное значение для достижения требуемых характеристик материала.

Ключевые приложения УУЗР

УУЗР обеспечивает возможности трансформации во всех отраслях:

Преимущества по сравнению с традиционным производством включают в себя:

• Возможность массовой настройки
• Сокращенное время разработки
• Свобода проектирования для повышения производительности
• Консолидация деталей и облегчение
• Устранение чрезмерного использования материалов
• Консолидация цепочки поставок

Тщательная проверка механических характеристик необходима при использовании деталей SLM в критически важных приложениях.

Плюсы и минусы Технология SLM

Преимущества:

• Свобода проектирования, обеспечиваемая аддитивным производством
• Сложность достигается без дополнительных затрат
• Устраняет необходимость в жестких инструментах
• Объединяет узлы в отдельные детали.
• Облегчение структур, оптимизированных по топологии.
• Персонализация и мелкосерийное производство
• Сокращение времени разработки по сравнению с литьем/механической обработкой.
• Высокое соотношение прочности и веса за счет мелкой микроструктуры
• Минимизирует отходы материала по сравнению с субтрактивными процессами
• Своевременное и децентрализованное производство
• Сокращение времени выполнения заказа и количества запасов

Ограничения:

• Меньшие объемы сборки, чем у других процессов АП по металлу
• Более низкая точность размеров и чистота поверхности, чем при механической обработке.
• Ограниченный выбор квалифицированных сплавов по сравнению с литьем.
• Значительный метод проб и ошибок для оптимизации параметров сборки.
• Анизотропные свойства материала вследствие наслоения
• Возможность остаточного напряжения и растрескивания.
• Проблемы удаления порошка со сложной геометрии
• Часто требуется постобработка
• Более высокая стоимость оборудования, чем при полимерной 3D-печати.
• Необходимо специальное оборудование и обработка инертного газа.

При правильном применении SLM обеспечивает прорыв в производительности, невозможный другими способами.

Внедрение технологии SLM

Реализация УУЗР сопряжена с проблемами, в том числе:

• Определение подходящих приложений на основе потребностей
• Подтверждение осуществимости УУЗР для выбранных проектов
• Разработка строгих протоколов квалификации процессов
• Инвестирование в подходящее оборудование SLM
• Обеспечение опыта в процессах обработки слоев металлических порошков
• Установление процедур и стандартов качества материалов.
• Освоение разработки и оптимизации параметров сборки
• Внедрение надежных методов постобработки
• Проверка механических свойств готовых компонентов

Методичный план внедрения, ориентированный на приложения с низким уровнем риска, сводит к минимуму ошибки. Партнерство с опытными сервисными бюро SLM или OEM-производителями систем обеспечивает доступ к экспертным знаниям.

Анализ затрат на производство УУЗР

Экономика производства УУЗР включает в себя:

• Высокая стоимость машинного оборудования
• Работа по настройке сборки, постобработке, контролю качества.
• Материальные затраты на металлопорошковое сырье
• Чистовая обработка деталей – механическая обработка, сверление, удаление заусенцев и т. д.
• Накладные расходы – помещения, инертный газ, коммунальные услуги, техническое обслуживание.
• Первоначальное время разработки методом проб и ошибок
• Снижение затрат благодаря оптимизации конструкции и опыту производства
• Становится экономичным при небольших объемах от 1 до 500 единиц.
• Обеспечивает максимальную экономию при работе со сложной геометрией.

Чтобы избежать дефектов, рекомендуется выбирать качественные сплавы от надежных поставщиков. Партнерство с поставщиком услуг может предложить более быстрый и менее рискованный путь внедрения.

УУЗР по сравнению с другими процессами

Каждый процесс имеет преимущества, основанные на конкретных приложениях, размерах партий, материалах, целевых затратах и требованиях к производительности.

Перспективы развития аддитивного производства SLM

УУЗР готово к значительному росту в ближайшие годы благодаря:

• Постоянное расширение ассортимента материалов и увеличение доступности сплавов
• Большие объемы сборки, обеспечивающие производство в промышленных масштабах.
• Улучшенное качество поверхности и допуски
• Повышенная надежность и производительность системы
• Новые гибридные системы, интегрирующие обработку
• Снижение затрат, улучшение масштабирования бизнес-кейса
• Дальнейшие алгоритмы оптимизации и моделирование
• Автоматизированная интеграция постобработки
• Рост производства качественных запчастей для регулируемых отраслей
• Постоянное развитие сложных конструкций

УУЗР станет основным направлением для расширяющегося спектра приложений, где его возможности обеспечивают явные конкурентные преимущества.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Какие материалы вы можете обрабатывать с помощью SLM?

Наиболее распространены титановые и алюминиевые сплавы. Обрабатываются также инструментальные стали, нержавеющая сталь, никелевые сплавы, кобальт-хром.

Насколько точен SLM?

Типичная точность составляет около ±0,1–0,2%, минимальное разрешение объекта составляет ~100 микрон.

Какова стоимость оборудования SLM?

Системы SLM варьируются от $300 000 до $1 000 000+ в зависимости от размера, возможностей и опций.

Какие виды постобработки необходимы?

Могут потребоваться такие постпроцессы, как термообработка, HIP, чистовая обработка поверхности и механическая обработка.

Какие отрасли используют УУЗР?

Аэрокосмическая, медицинская, автомобильная, промышленная и оборонная отрасли являются одними из первых, кто внедрил УУЗР.

С какими материалами SLM не работает?

Металлы с высокой отражающей способностью, такие как медь или золото, остаются проблематичными. Некоторые свойства материала все еще проявляются.

Какова типичная обработка поверхности?

Шероховатость поверхности SLM в заводском исполнении составляет 5-15 микрон Ra. Отделка может улучшить это.

Насколько большие детали вы можете изготовить с помощью SLM?

Типичными являются объемы до 500 x 500 x 500 мм. Более крупные машины вмещают более крупные детали.

Подходит ли SLM для производственного производства?

Да, SLM все чаще используется для производства деталей конечного использования, например, в аэрокосмической и медицинской промышленности.

Чем SLM отличается от EBM?

SLM позволяет добиться более мелкой детализации, в то время как EBM имеет более высокую скорость сборки. Оба поставляют полностью плотные металлические детали.

узнать больше о процессах 3D-печати