SLM Additiv tillverkning

Additiv tillverkning, även känd som 3D-printing, är ett revolutionerande sätt att tillverka delar och produkter. En av de mest använda teknikerna för additiv tillverkning är Selektiv lasersmältning (SLM). SLM är en pulverbäddsfusionsmetod som använder en högeffektiv laser för att selektivt smälta samman materialpulver för att bygga upp delar lager för lager.

SLM gör det möjligt att skapa komplexa geometrier med invecklade interna funktioner direkt från 3D CAD-data. Det minimerar också materialspillet och ger en designflexibilitet som inte är möjlig med traditionell tillverkning. SLM kräver dock specialutrustning, optimerade bearbetningsparametrar och en förståelse för materialegenskaperna.

Denna omfattande guide täcker allt du behöver veta om additiv tillverkning med selektiv lasersmältning. Den förklarar tekniken, typiska material som används, tillämpningar, fördelar och begränsningar, specifikationer, leverantörer, kostnader, jämförelser med andra 3D-utskriftsmetoder och mycket mer. Läs vidare för att bli en SLM-expert!

Hur SLM 3D-utskrift fungerar

SLM använder en fokuserad laserstråle för att smälta och smälta samman metallpulver. Delarna byggs upp additivt, lager för lager, baserat på data från en 3D CAD-modell. Här är de viktigaste aspekterna av SLM-processen:

Översikt över SLM-processen för additiv tillverkning

Den skiktade metoden gör det möjligt att skapa komplexa, organiska former med invecklade inre hålrum och tunnlar som inte skulle kunna tillverkas med traditionella metoder som gjutning eller bearbetning från solida block.

SLM används också under liknande namn, t.ex. selektiv lasersintring (SLS), direkt metallsintring (DMLS) och pulverbäddsfusion (PBF). Kärnan i dessa pulverbaserade processer är i stort sett identisk med små skillnader i utrustning.

SLM-material

Ett brett spektrum av metaller, legeringar och keramer kan bearbetas med SLM-teknik för additiv tillverkning. De mest använda är rostfritt stål, koboltkrom, titan, aluminium och nickelbaserade superlegeringar. Materialalternativen fortsätter att utökas i takt med att tekniken utvecklas.

Vanliga SLM-material och användningsområden

Det mest populära alternativet är 316L rostfritt stålpulver på grund av dess styrka, korrosionsbeständighet, högkvalitativa ytbehandlingar och lägre kostnad jämfört med exotiska legeringar.

Material för SLM genomgår en strikt kvalitetskontroll med sfäriska pulverpartiklar som i genomsnitt är 15-100 mikrometer i diameter. Finare pulver förbättrar upplösningen medan grövre pulver bygger snabbare men med lägre noggrannhet.

SLM-applikationer

SLM används för prototyper, anpassade verktyg och lågvolymsproduktion av komplexa, högpresterande metallkomponenter med förbättrade mekaniska egenskaper. Här är några av de ledande tillämpningarna inom stora industrier:

Tillämpningsområden för additiv tillverkning med SLM

Möjligheten att konsolidera sammansättningar till enskilda delar, snabbt anpassa konstruktioner och korta ledtiderna från månader till dagar jämfört med traditionella tillverkningsmetoder ligger till grund för den växande användningen av SLM för produktionsapplikationer i dessa branscher.

Tillverkare av SLM-skrivare

Många företag tillverkar SLM-utrustning som också kallas 3D-skrivare. De viktigaste aktörerna inom professionella 3D-skrivare för metall i industriell kvalitet inkluderar:

Ledande leverantörer av SLM-maskiner

Även om den initiala utrustningskostnaden för en industriell SLM-maskin ligger mellan $150 000 och över $1 miljon är det viktigt att välja rätt system för tillgängligt utrymme, materialbehov, noggrannhetskrav och budgetöverväganden. Ledande tillverkare erbjuder olika byggstorlekar, multilaserkonfigurationer för snabbhet, specialiserade parametrar för kvalitet och repeterbarhet med olika legeringar, nivåer av automatiseringsfunktioner i programvaran och mycket mer.

SLM Materialegenskaper

Delar som skrivs ut på SLM-maskiner uppvisar unika egenskaper jämfört med traditionella gjut- och bearbetningsmetoder på grund av den skiktade tillverkningen och den snabba stelningen.

Jämförelse av mekaniska egenskaper - SLM vs traditionell tillverkning

De höga kylhastigheterna från SLM-processen, som överstiger 106 °C/s, skapar finare mikrostrukturer med metastabila faser. Detta ger maximal densitet från pulverkonsolidering tillsammans med utmärkta mekaniska egenskaper som förbättrad sträck- och draghållfasthet. Töjningen är normalt lägre för SLM-detaljer eftersom den höga hårdheten och förekomsten av inre spänningar begränsar duktiliteten.

Korrekta värmebehandlingar och het isostatisk pressning (HIP) kan minska inre spänningar och ytterligare optimera de fysiska egenskaperna samtidigt som konsistensen förbättras. Totalt sett kan SLM uppnå en densitet på över 99,5% och ge funktionella metalldelar som i princip är identiska med traditionell tillverkning.

SLM vs annan 3D-utskrift

Jämförelse mellan SLM och andra additiva tillverkningsmetoder

SLM skiljer sig från andra pulverbäddsfusionsmetoder som elektronstrålesmältning (EBM) genom sina snabbare skanningshastigheter för att skapa detaljer med lägre restspänningar och högre upplösning. SLM producerar helt täta funktionella metalldelar medan 3D-utskrift med bindemedelsstråle erbjuder hastighet men med fler krav på efterbearbetning. FDM- och SLA-system ligger långt efter SLM- och EBM-utrustning när det gäller tillgängliga materialstyrkor.

SLM Specifikationer

3D-skrivare som använder selektiv lasersmältningsteknik specificeras av flera viktiga parametrar som bestämmer material, precision och detaljstorlekar som kan produceras.

Viktiga specifikationer för SLM-maskiner

Dessa centrala maskinparametrar plus faktorer som inbyggd värme för förvärmning av pulver och styrning av kylhastigheter gör det möjligt att ställa in mekaniska egenskaper. Den inerta gaskammarmiljön förhindrar också oxidation medan lasrarna rastrerar över metallpulverbädden tusentals gånger per detaljbygge.

Noggrannhet och ytfinish

måttnoggrannhet och ytfinhet för tryckfärdiga SLM-detaljer ligger inom relativt breda specifikationsområden beroende på valda parametrar, geometriens komplexitet, efterbearbetning och operatörsteknik.

SLM-noggrannhet och ytfinhet

Lämplig orientering, stödstrukturer, förvärmning av byggplattan, optimerade scanningsstrategier och efterbehandlingssteg som CNC-bearbetning och polering kan förbättra finishen. Dimensionsnoggrannheten beror också till stor del på korrekt kalibrerad utrustning.

Krav på efterbearbetning

Efter att SLM-systemet har slutfört tillverkningen av en komponent krävs vanligtvis ytterligare efterbearbetning innan delarna tas i bruk. Stegen kan innefatta:

• Avlägsnande av delar från pulverkakan
• Eliminering av stödstrukturer
• Stressavlastande värmebehandlingar
• Varm isostatisk pressning (HIP)
• Ytslipning, sandblästring, pärlblästring, polering
• Icke-förstörande inspektion

Efterbearbetningen syftar till att minska ytjämnheten, lindra restspänningar, täppa till eventuella mikroporositeter och förbättra måttprecisionen och estetiken.

Specifika procedurer bestäms av materialtyp, produktionsavsikt (prototyp eller funktionell del), prestandakrav och kritiska toleranser som behövs.

Kostnadsanalys

Att fastställa avkastningen på investeringen för att förvärva och driva egen SLM-kapacitet för additiv tillverkning beror på många variabler.

Överväganden om SLM-kostnader

Väg de totala driftskostnaderna mot värdedrivande faktorer som t.ex:

- Designfrihet för viktminskning, kundanpassning och konsolidering av delar

- Minskad ledtid från månader till dagar/timmar

- Förenkling av leveranskedjan med tillverkning på begäran

- Prestandaförbättringar som ökad styrka och hårdhet

- Hållbar produktion med minimalt avfall jämfört med subtraktiva metoder

- Ökad livslängd för högvärdiga delar inom t.ex. flyg- och medicinteknik

Att kvantifiera produktivitets- och innovationsvinster är avgörande. Med erfarenhet kan den totala kostnaden per detalj som produceras med SLM matcha CNC-bearbetning för produktionskörningar i lägre volymer.

Branschstandarder

Eftersom det är en relativt ny teknik pågår fortfarande arbetet med att implementera branschspecifikationer, koder och standarder för additiv tillverkning med SLM.

SLM Standardisering Landskap

Certifiering enligt dessa standarder säkerställer repeterbarhet och tillförlitlighet vid upphandling av AM-delar i hela leveranskedjan. Efterlevnad öppnar också upp för bredare användning inom reglerade sektorer som flyg och medicintekniska produkter.

Fallstudier

Mängder av företag utnyttjar SLM:s designfrihet och snabba ledtider för lättare och starkare komponenter i branscher från rymdraketer till Formel 1-bilar.

Exempel på tillämpningar för additiv tillverkning med SLM

Dessa applikationer visar SLM-delar som överträffar traditionella tillverkningsbegränsningar. I takt med att fler företag börjar använda AM-teknik ökar innovationsmöjligheterna.

SLM Additiv tillverkning - Vanliga frågor

Vanliga frågor om SLM

Denna FAQ sammanfattar svaren på de vanligaste frågorna om additiv tillverkning med selektiv lasersmältning. SLM öppnar upp för nya prestandabestämningar tack vare total designfrihet.

Framtiden för SLM

SLM-användningen fortsätter att öka i takt med att fler branscher tänjer på gränserna för additiv tillverkning. Framsteg inom utrustning, mjukvara, material och kvalitetsprocesser kommer att driva fram fler tillämpningar.

Förvänta dig större tillgång till specialiserade maskiner och bearbetningsparametrar för flera legeringar från ledande tillverkare av tryckpressar. Hybridsystem som innehåller kompletterande processer som fräsning, borrning och inspektion håller också på att växa fram för integrerad tillverkning. Automatiserad borttagning och återvinning av pulver kommer att sänka kostnaderna.

Realtidsövervakning kommer att möjliggöra ännu striktare processkontroller och kvalitetssäkring i slutna kretslopp. Algoritmer för maskininlärning kan optimera byggnadens prestanda. I takt med att standarderna stärks kring bästa praxis kommer användarna också att få större förutsägbarhet.