Объяснение процесса SLM 3D-печати металлом

SLM – это передовая технология 3D-печати металлом, в которой с помощью высокоэнергетического лазерного луча слой за слоем плавится и затвердевает металлический порошок, что позволяет производить точное изготовление металлических деталей. Эта технология предлагает такие преимущества, как высокая точность, высокая прочность и ударная вязкость, что делает ее особенно подходящей для изготовления металлических деталей сложной геометрии. По сравнению с традиционными методами обработки металлов (такими как литье, ковка и механическая обработка), SLM подпадает под категорию аддитивного производства. Он не требует форм или режущих инструментов и может «выращивать» твердые детали непосредственно из цифровой 3D-модели, что значительно сокращает цикл разработки продукта от проектирования до производства. Он особенно хорошо-подходит для мелко-серийного, много-производства деталей сложной конструкции.

компьютерным управлением, затем слой за слоем сканирует металлический порошок в соответствии с заданной траекторией 3D-модели. Тепло лазерного луча плавит порошок, который затем быстро охлаждается и затвердевает, образуя один металлический слой за другим. Путем послойного --накопления слоев в конечном итоге получается цельная металлическая деталь.

В частности, весь процесс формования обычно происходит в герметичной камере, заполненной инертным газом (например, азотом или аргоном), чтобы предотвратить окисление металлического порошка при высоких температурах и обеспечить качество формования. После сканирования каждого слоя рабочая платформа опускается на одну толщину слоя (обычно 20–50 микрон), а затем механизм распределения порошка-наносит новый слой порошка поверх уже-сформированного слоя. Затем лазер снова сканирует контур поперечного сечения этого слоя. Этот цикл повторяется до тех пор, пока вся деталь не будет завершена. После формования деталь должна пройти дальнейшие этапы-обработки, такие как удаление порошка, удаление подложки, термообработка и обработка поверхности, прежде чем она станет окончательно готовой деталью.

Высокая точность: SLM позволяет добиться микронной-точности печати, гарантируя, что размеры и форма детали точно соответствуют проектным требованиям -, что особенно подходит для сложных элементов, таких как внутренние каналы потока и решетчатые структуры, которые трудно обрабатывать традиционными методами.

Высокая прочность и вязкость. Поскольку металлический порошок полностью расплавляется и быстро охлаждается в процессе лазерной плавки, детали, изготовленные методом SLM, обладают превосходными механическими свойствами и ударной вязкостью, а плотность достигает более 99% - по некоторым показателям производительности, даже превосходя традиционные поковки.

Разнообразие материалов: SLM применим к широкому спектру металлических материалов, включая нержавеющую сталь, суперсплавы на основе никеля-, титановые сплавы, сплавы кобальта-хрома, высокопрочные-алюминиевые сплавы и драгоценные металлы, предлагая широкие возможности для применения в различных областях.

Высокая свобода проектирования. Благодаря послойному--принципу производства SLM обеспечивает топологическую-оптимизированную конструкцию, легкие решетчатые конструкции и интегрированные-компоненты, чего невозможно достичь традиционными процессами, что позволяет эффективно сократить количество деталей и этапов сборки.

Высокий уровень использования материала: нерасплавленный металлический порошок можно восстанавливать, просеивать и использовать повторно, что значительно снижает отходы сырья по сравнению с традиционной субтрактивной обработкой.

Технология SLM широко используется во многих областях, включая, помимо прочего:

Аэрокосмическая промышленность. Компания SLM может производить сложные компоненты авиационных двигателей и детали космических кораблей, удовлетворяя спрос аэрокосмической отрасли на высокоэффективные и легкие компоненты -, такие как лопатки турбин, топливные форсунки и кронштейны конструкции.

Автомобильное производство. В автомобильной промышленности SLM можно использовать для производства легких автомобильных деталей, таких как опоры двигателя и шестерни трансмиссии, что помогает повысить топливную экономичность и производительность. Он также широко используется в гоночной индустрии для разработки деталей по индивидуальному заказу.

Биомедицина: В области биомедицины SLM может производить медицинские устройства, такие как искусственные суставы и зубные имплантаты, предоставляя пациентам индивидуальные решения для лечения. Его пористая структура также способствует росту и интеграции костной ткани.

Производство пресс-форм: SLM можно использовать для изготовления литьевых форм с конформными каналами охлаждения, что значительно повышает эффективность охлаждения пресс-формы, сокращает циклы литья под давлением и повышает выход продукции.

Промышленное оборудование и электронное рассеивание тепла. В таких областях, как коммуникационное оборудование и прецизионные электронные радиаторы, SLM также может использоваться для производства функциональных деталей со сложными конструкциями охлаждения, повышая эффективность рассеивания тепла и структурную интеграцию.

Развитие технологии УУЗР можно проследить с 1980-х годов. В то время американская компания 3D Systems выпустила первое коммерческое оборудование SLM, что ознаменовало официальное рождение технологии SLM. По мере того как технология продолжала развиваться и совершенствоваться, производительность оборудования SLM неуклонно росла, при этом значительно улучшались скорость печати, точность и надежность. В то же время сфера применения технологии SLM постоянно расширяется - от первоначальной ориентации на аэрокосмическую промышленность до автомобильной промышленности, биомедицины и многих других областей.

Вступая в 21 век, с развитием компьютерного-проектирования, алгоритмов оптимизации топологии и мощных-лазерных технологий, оборудование SLM постепенно достигло много-лазерного совместного сканирования, больших объемов сборки и более интеллектуальных систем мониторинга процессов. Эффективность производства и размер сборки существенно возросли, что привело к переходу аддитивного производства металлов от лабораторных исследований к промышленному-применению.

Заглядывая в будущее, поскольку технология УУЗР продолжает развиваться и внедрять инновации, ожидаются прорывы в следующих областях:

Повышение скорости и эффективности печати. ​​За счет оптимизации путей лазерного сканирования и методов-распределения порошка ожидается дальнейшее улучшение скорости печати и эффективности технологии SLM.

Расширение сферы применения. Поскольку материаловедение продолжает развиваться и появляются новые материалы, технология SLM сможет служить еще более широкому спектру областей, удовлетворяя более разнообразные потребности.

Снижение затрат: по мере того, как технология УУЗР становится все более распространенной и усиливается рыночная конкуренция, ожидается, что стоимость оборудования и материалов будет постепенно снижаться, что сделает эту передовую технологию более доступной для большего числа компаний и частных лиц.

Интеграция интеллекта и цифровизации. Сочетание алгоритмов искусственного интеллекта для адаптивной оптимизации параметров процесса с системами мониторинга в-времени состояния ванны расплава и обнаружения дефектов с онлайн-регулировкой обратной связи повысит стабильность и последовательность процесса формования.

Стандартизация и развитие системы качества. По мере углубления применения в отрасли стандарты контроля и системы сертификации деталей SLM будут продолжать совершенствоваться, - особенно в областях с высоким-высоким уровнем надежности, таких как аэрокосмическая промышленность и медицина, - превращая технологию из "пригодной в использование" в категорию "надежной".

Несмотря на свои значительные преимущества, технология УУЗР по-прежнему сталкивается с рядом проблем при практическом применении. Во-первых, это проблема остаточного напряжения: из-за быстрого нагрева и охлаждения, свойственного послойному --послойному формованию, детали подвержены значительным внутренним термическим напряжениям, которые могут привести к деформации или даже растрескиванию. В результате для снятия напряжения часто требуется разумная конструкция опорной конструкции и пост-термическая обработка. Во-вторых, это шероховатость поверхности: детали, изготовленные методом SLM-обычно, обычно обладают определенной степенью ступенчатого-эффекта ступеньки и адгезии порошка, поэтому поверхности, требующие точной подгонки, часто по-прежнему требуют механической обработки или полировки в качестве последующей-обработки. Кроме того, затраты на оборудование и материалы остаются относительно высокими, а процесс более экономичен при мелкосерийном, единичном-производстве, чем при массовом производстве. Компании, рассматривающие этот процесс, должны всесторонне оценить сложность детали, размер партии и требования к производительности.

Помимо SLM, другие распространенные технологии аддитивного производства металлов включают электронно-лучевую плавку (EBM) и прямое лазерное спекание металла (DMLS). EBM использует электронный луч в качестве источника тепла и формирует детали в вакууме, что делает его подходящим для материалов, чувствительных к кислороду,-таких как титановые сплавы, с относительно низким остаточным напряжением -, хотя стоимость оборудования выше, а качество поверхности, как правило, хуже. DMLS по принципу похожа на SLM, поскольку обе технологии используют лазер для плавления металлического порошка, и эти две технологии часто считаются схожими; Основные различия заключаются в соглашениях производителей об именах и некоторых деталях процесса. В целом, благодаря относительно высокой точности формовки и сравнительно развитой цепочке поставок, SLM остается одним из наиболее широко применяемых процессов в области аддитивного производства металлов.