Additiv tillverkning SLM

Selektiv lasersmältning (SLM) är en additiv tillverkningsprocess för metall som använder en laser för att smälta metallpulver till helt täta komponenter. I den här guiden granskas SLM-teknik, system, material, tillämpningar, fördelar och överväganden vid implementering av additiv tillverkning med SLM.

Introduktion till Additiv tillverkning SLM

Selektiv lasersmältning (SLM) är en additiv tillverkningsteknik med pulverbäddfusion som använder en högeffektslaser för att selektivt smälta och smälta samman metallpulverpartiklar lager för lager för att bygga upp helt täta 3D-delar direkt från CAD-data.

Viktiga egenskaper hos SLM-tekniken:

• Använder fokuserad laserstråle för att smälta metallpulver
• Lägger till material endast där det behövs i varje lager
• Möjliggör komplexa geometrier som inte kan uppnås genom gjutning eller maskinbearbetning
• Skapar metallkomponenter med nära nätform och hög densitet
• Materialen inkluderar aluminium, titan, rostfritt stål, legeringar
• Små till medelstora tillverkningsvolymer
• Idealisk för komplexa detaljer med låga volymer
• Eliminerar behovet av hårda verktyg som formar eller matriser
• Avsevärt mindre spill jämfört med subtraktiva metoder
• Möjliggör lättviktskonstruktioner och konsolidering av delar
• Möjliggör funktionella förbättringar med konstruerade strukturer

Med sin kapacitet ger SLM banbrytande fördelar för innovativ produktdesign och slimmad tillverkning. Det krävs dock expertis för att behärska processen.

Så fungerar additiv tillverkning med SLM

SLM-produktionsprocessen består av:

1. Spridning och utjämning av ett tunt lager metallpulver på en byggplatta
2. Selektiv scanning av en fokuserad laserstråle för att smälta pulver
3. Sänkning av byggplattformen och upprepning av skiktning och smältning
4. Avlägsnande av färdiga delar från pulverbädden
5. Efterbearbetning av detaljer vid behov - rengöring, värmebehandling etc.

Exakt kontroll av laser, skanningsmönster, kammarens atmosfär och andra parametrar är avgörande för att uppnå täta metalldelar av hög kvalitet med SLM.

SLM-system har en lasergenerator, strålmatningsoptik, pulvermatningssystem, byggkammare, hantering av inert gas och centrala kontroller. Prestanda beror i hög grad på systemteknik och inställning av byggparametrar.

Tillverkare av SLM-utrustning

Bland de ledande globala leverantörerna av SLM-system för additiv tillverkning finns

Valet av system beror på behov av byggstorlek, material, kvalitet, kostnad och servicestöd. För en korrekt utvärdering av alternativen rekommenderas att man samarbetar med en erfaren leverantör av SLM-lösningar.

SLM-processens egenskaper

SLM innebär komplexa interaktioner mellan olika processparametrar. Här är några viktiga egenskaper:

Laser - Effekt, våglängd, läge, skanningshastighet, luckavstånd, strategi

Pulver - Material, partikelstorlek, form, matningshastighet, densitet, flytbarhet, återanvändning

Temperatur - Förvärmning, smältning, kylning, termiska påfrestningar

Atmosfär - Typ av inert gas, syrehalt, flödeshastigheter

Bygg platta - Material, temperatur, beläggning

Scan-strategi - Luckmönster, rotation, kantlinjer

Stöd för - Minimering, gränssnitt, borttagning

Efterbearbetning - Värmebehandling, HIP, maskinbearbetning, ytbehandling

Att förstå sambanden mellan dessa parametrar är avgörande för att få fram felfria detaljer med optimerade mekaniska egenskaper.

SLM Part Design Riktlinjer

Korrekt utformning av detaljen är avgörande för framgångsrik additiv SLM-tillverkning:

• Design med AM-principer i åtanke jämfört med konventionella metoder
• Optimera geometrier för att minska vikt, materialanvändning och förbättra prestanda
• Minimera behovet av stöd med hjälp av självbärande vinklar
• Möjliggör stöd för gränssnittsregioner i utformningen
• Orientera delar för att minska påfrestningar och undvika defekter
• Ta hänsyn till termiska krympningseffekter i funktioner
• Utforma invändiga kanaler för borttagning av osmält pulver
• Åtgärda eventuell skevhet i överhäng eller tunna sektioner
• Design av ytfinish med hänsyn till ojämnheter i byggnaden
• Beakta effekterna av lagerlinjer på utmattningsprestanda
• Utforma fixturgränssnitt för borttagning av delar från pulverbädd
• Minimera instängda volymer av osinterat pulver

Simuleringsprogram hjälper till att bedöma spänningar och deformationer i komplexa SLM-delar före tryckning.

SLM-materialalternativ

En rad olika legeringar kan bearbetas med SLM-teknik, och de slutliga materialegenskaperna beror på olika parametrar:

Att välja kompatibla legeringar och ställa in kvalificerade tillverkningsparametrar är avgörande för att uppnå önskad materialprestanda.

Viktiga SLM-applikationer

SLM möjliggör transformativa förmågor i alla branscher:

Fördelarna jämfört med konventionell tillverkning är bland annat

• Möjlighet till massanpassning
• Kortare utvecklingstid
• Designfrihet för ökad prestanda
• Delkonsolidering och lättviktsarbete
• Eliminering av överdriven materialanvändning
• Konsolidering av leveranskedjan

Noggrann validering av mekanisk prestanda krävs när SLM-detaljer används i kritiska applikationer.

För- och nackdelar med SLM Additiv tillverkning

Fördelar:

• Designfrihet genom additiv process
• Komplexitet uppnås utan ökade kostnader
• Eliminerar behovet av hårda verktyg som formar eller matriser
• Konsoliderar underenheter till enskilda komponenter
• Lättvikt från organiska, topologioptimerade strukturer
• Kundanpassning och lågvolymsproduktion
• Kortare utvecklingstid jämfört med gjutning/maskinbearbetning
• Högt förhållande mellan styrka och vikt tack vare fina mikrostrukturer
• Minimerar kraftigt materialspill jämfört med subtraktiva processer
• Just-in-time och decentraliserad produktion
• Minskad ledtid och lagerhållning av delar

Begränsningar:

• Mindre byggvolymer än andra AM-processer för metall
• Lägre noggrannhet och ytfinhet än vid CNC-bearbetning
• Begränsat urval av kvalificerade legeringar jämfört med gjutning
• Betydande försök och misstag för att optimera byggparametrarna
• Anisotropa materialegenskaper från lager-för-lager-uppbyggnad
• Potential för restspänningar och sprickbildning
• Svårigheter att avlägsna pulver från komplexa inre geometrier
• Kräver ofta efterbearbetning för att uppnå slutliga egenskaper
• Högre utrustningskostnad än 3D-utskrift med polymer
• Särskilda anläggningar och hantering av inerta gaser krävs

När SLM tillämpas på rätt sätt möjliggör det genombrott som inte kan uppnås på annat sätt.

Implementering av additiv tillverkning med SLM

Viktiga steg vid införandet av SLM-teknik är bland annat

• Identifiera lämpliga applikationer baserat på behov
• Bekräftelse av SLM-möjligheten för valda konstruktioner
• Utveckling av rigorösa protokoll för processkvalificering
• Investera i lämplig SLM-utrustning
• Säkerställa expertis inom metalliska pulverbäddsprocesser
• Upprättande av strikta rutiner för materialkvalitet
• Behärska parameterutveckling och optimering
• Implementering av robusta efterbehandlingsmetoder
• Kvalificering av mekaniska egenskaper hos färdiga komponenter

En metodisk introduktionsplan som fokuserar på lågriskapplikationer minimerar fallgroparna när man lägger till SLM-tillsatsfunktioner. Samarbete med erfarna SLM-servicebyråer eller systemtillverkare ger tillgång till expertis.

Kostnadsanalys av SLM-produktion

Ekonomin för SLM-produktion omfattar:

• Hög kostnad för maskinutrustning
• Arbetskraft för bygginstallation, efterbearbetning, kvalitetskontroll
• Materialkostnader för lämplig metallpulverråvara
• Efterbearbetning av detaljer - maskinbearbetning, borrning, gradning etc.
• Allmänna kostnader - anläggningar, inert gas, underhåll
• Initial processutveckling genom försök och misstag
• Kostnaderna sjunker med produktionserfarenhet och volym
• Blir ekonomisk vid volymer på cirka 1-500 enheter
• Ger högsta möjliga kostnadsfördel för komplexa geometrier

För att förebygga defekter rekommenderas att man väljer kvalificerade legeringar från välrenommerade leverantörer. Att samarbeta med en tjänsteleverantör ger en snabbare och mindre riskfylld införandeväg.

SLM jämfört med andra processer

Varje process erbjuder specifika fördelar som baseras på applikationskrav, batchstorlek, material och prestandabehov.

Framtidsutsikter för additiv tillverkning med SLM

SLM står inför en betydande tillväxt under de kommande åren, driven av:

• Pågående materialutvidgning med större tillgång på legeringar
• Större byggvolymer möjliggör produktion i industriell skala
• Förbättrad ytfinhet och snävare toleranser
• Ökad tillförlitlighet och produktivitet i systemet
• Nya hybridsystem som integrerar CNC-bearbetning
• Sjunkande kostnader förbättrar affärsmöjligheterna
• Ytterligare optimeringsalgoritmer och simulering
• Automatiserad borttagning av stöd och efterbearbetning
• Tillväxt inom kvalificerade komponenter för reglerade industrier
• Fortsatt utveckling av högkomplexa konstruktioner

SLM kommer att bli mainstream för ett växande antal applikationer där dess kapacitet ger tydliga konkurrensfördelar.

Vanliga frågor

Vilka material kan du bearbeta med SLM-teknik?

Titan, aluminium, rostfritt stål, verktygsstål, nickellegeringar och koboltkrom är vanliga material.

Hur exakt är SLM?

Noggrannhet på cirka ±0,1-0,2% är typiskt, med en minsta upplösning på ~100 mikrometer.

Vad är kostnaden för SLM-system?

SLM-utrustning varierar från $300.000 till $1.000.000+ beroende på storlek, kapacitet och tillval.

Vilka typer av efterbearbetning krävs?

Värmebehandling, HIP, ytfinish och/eller maskinbearbetning kan användas. Borttagning av stöd behövs också.

Vilka branscher använder additiv tillverkning med SLM?

Flyg-, medicin-, fordons-, industri- och försvarssektorerna är tidiga användare av SLM.

Vilka material fungerar SLM inte så bra för?

Högreflekterande metaller som koppar och guld är fortfarande en utmaning. Materialegenskaperna för vissa legeringar är fortfarande under utveckling.

Vilka ytfinisher kan uppnås?

SLM:s ytjämnhet varierar mellan 5-15 mikrometer Ra. Efterbehandling kan förbättra detta ytterligare.

Hur stora delar kan man tillverka med SLM?

Standardbyggvolymerna sträcker sig upp till 500 mm x 500 mm x 500 mm. Större maskiner rymmer större komponenter.

Är SLM lämpligt för slutanvända produktionsdetaljer?

Ja, SLM används i allt större utsträckning för slutproduktionskomponenter, med exempel inom flyg- och medicinindustrin.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser