Metallist 3D-printimise SLM-protsessi selgitus

SLM on täiustatud metallist 3D-printimise tehnoloogia, mis kasutab suure-energiaga laserkiirt metallipulbri sulatamiseks ja tahkestamiseks kihthaaval, võimaldades metallosade täpset valmistamist. See tehnoloogia pakub selliseid eeliseid nagu suur täpsus, kõrge tugevus ja kõrge sitkus, mistõttu on see eriti sobiv keeruka geomeetriaga metallosade valmistamiseks. Võrreldes traditsiooniliste metallitöötlemismeetoditega (nagu valamine, sepistamine ja mehaaniline töötlemine), kuulub SLM lisandite tootmise kategooriasse. See ei nõua vorme ega lõiketööriistu ning suudab tahkeid osi otse 3D-digitaalmudelist "kasvatada", lühendades oluliselt tootearenduse tsüklit projekteerimisest valmistamiseni. See sobib eriti hästi-keerulise struktuuriga osade väikese-partii-tootmiseks.

arvutijuhtimine, seejärel skannib metallipulbrit kihthaaval vastavalt eelseadistatud 3D-mudeli teele. Laserkiire soojus sulatab pulbri, mis seejärel kiiresti jahtub ja tahkub, moodustades ühe metallikihi teise järel. Kihi-haaval-kuhjumise teel valmib lõpuks terviklik metallosa.

Täpsemalt, kogu vormimisprotsess toimub tavaliselt suletud kambris, mis on täidetud inertgaasiga (nagu lämmastik või argoon), et vältida metallipulbri oksüdeerumist kõrgel temperatuuril ja tagada vormimise kvaliteet. Pärast iga kihi skannimist langeb ehitusplatvorm ühe kihi paksuse võrra (tavaliselt 20–50 mikronit) ja pulbri-laotusmehhanism laotab seejärel uue pulbrikihi juba moodustatud kihi peale. Seejärel skannib laser uuesti selle kihi ristlõike kontuuri. Seda tsüklit korratakse, kuni kogu osa on valmis. Pärast vormimist peab osa läbima täiendavad-järeltöötlusetapid, nagu pulbri eemaldamine, toe eemaldamine, kuumtöötlemine ja pinnatöötlus, enne kui sellest saab lõplik tarnitav osa.

Kõrge täpsus: SLM suudab saavutada mikroni{0}}printimise täpsuse, tagades, et osa mõõtmed ja kuju vastavad täpselt disaininõuetele -, mis sobivad eriti keerukate funktsioonide jaoks, nagu sisevoolukanalid ja võrestruktuurid, mida on traditsiooniliste meetoditega raske töödelda.

Suur tugevus ja sitkus: kuna metallipulber sulab täielikult ja jahutatakse lasersulatusprotsessi käigus kiiresti, on SLM-i valmistatud osadel suurepärased mehaanilised omadused ja sitkus, tihedus ulatub mõne jõudlusnäitaja puhul üle 99% -, mis ületab isegi traditsioonilisi sepiseid.

Materjalide mitmekesisus: SLM-i saab kasutada paljude metallimaterjalide puhul, sealhulgas roostevaba teras, nikli{0}}põhised supersulamid, titaanisulamid, koobalt-kroomisulamid, ülitugevad alumiiniumsulamid ja väärismetallid, pakkudes laialdasi kasutusvõimalusi erinevates valdkondades.

Suur disainivabadus: tänu kihilise-põhise-kihi valmistamise põhimõttele võimaldab SLM topoloogiat-optimeeritud disainilahendusi, kergeid võrestruktuure ja integreeritud-üheosalisi komponente, mida traditsiooniliste protsessidega ei saavutata, vähendades tõhusalt osade arvu ja montaažietappe.

Suur materjalikasutus: sulamata metallipulbrit saab taaskasutada, sõeluda ja taaskasutada, vähendades oluliselt tooraine raiskamist võrreldes traditsioonilise lahutava töötlusega.

SLM-tehnoloogiat kasutatakse laialdaselt mitmes valdkonnas, sealhulgas, kuid mitte ainult:

Lennundus: SLM suudab toota keerulisi lennukimootorite komponente ja kosmosesõidukite osi, mis vastavad kosmosetööstuse nõudlusele suure -jõudlusega ja kergekaaluliste komponentide - järele, nagu turbiinilabad, kütusedüüsid ja konstruktsiooniklambrid.

Autotööstus: autotööstuses saab SLM-i kasutada kergete autoosade, näiteks mootorikinnituste ja käigukastide tootmiseks, mis aitab parandada kütusesäästlikkust ja jõudlust. Seda kasutatakse laialdaselt ka võidusõidutööstuses kohandatud osade arendamiseks.

Biomeditsiin: Biomeditsiini valdkonnas saab SLM toota meditsiiniseadmeid, nagu kunstliigesed ja hambaimplantaadid, pakkudes patsientidele isikupärastatud ravilahendusi. Selle poorne struktuur aitab samuti soodustada luukoe kasvu ja integratsiooni.

Vormi valmistamine: SLM-i saab kasutada konformsete jahutuskanalitega survevormide tootmiseks, mis parandavad oluliselt vormi jahutamise efektiivsust, lühendavad survevalu tsükleid ja parandavad toote saagist.

Tööstusseadmed ja elektrooniline soojuse hajutamine: SLM-i saab kasutada ka keerukate jahutusstruktuuridega funktsionaalsete osade tootmiseks sellistes valdkondades nagu sideseadmed ja täppiselektroonilised jahutusradiaatorid, mis parandavad soojuse hajumise tõhusust ja konstruktsiooni integreerimist.

SLM-tehnoloogia arengut saab jälgida 1980. aastatest. Sel ajal tõi Ameerika ettevõte 3D Systems turule esimesed kaubanduslikud SLM-seadmed, mis tähistas SLM-tehnoloogia ametlikku sündi. Tehnoloogia arenedes ja täiustamisel arenes SLM-seadmete jõudlus pidevalt edasi ning märkimisväärselt paranes printimiskiirus, täpsus ja töökindlus. Samal ajal on SLM-tehnoloogia rakendusala pidevalt laienenud - algselt lennundusele keskendumiselt autotööstusele, biomeditsiinile ja paljudele teistele valdkondadele.

21. sajandisse jõudes, arvutipõhise projekteerimise, topoloogia optimeerimise algoritmide ja suure-võimsusega lasertehnoloogia arenedes on SLM-seadmed järk-järgult saavutanud mitme-laseriga ühisskaneerimise, suurema ehitusmahu ja intelligentsemad protsessiseiresüsteemid. Tootmisefektiivsus ja konstruktsiooni suurus on mõlemad märkimisväärselt suurenenud, juhtides metallilisandite tootmist laboriuuringutest tööstuslikuks{5}}rakenduseks.

Tulevikku vaadates, kuna SLM-tehnoloogia areneb ja uuendatakse, on oodata läbimurdeid järgmistes valdkondades:

Printimiskiiruse ja -tõhususe parandamine: laserskaneerimise radade ja pulber{0}}laotusmeetodite optimeerimisega on oodata SLM-tehnoloogia printimiskiiruse ja tõhususe edasist paranemist.

Kasutusala laiendamine. Materjaliteaduse edenedes ja uute materjalide esilekerkimisel suudab SLM-tehnoloogia teenindada veelgi laiemat valikut valdkondi, rahuldades mitmekesisemaid vajadusi.

Kulude vähendamine: kuna SLM-tehnoloogia levib laiemalt ja konkurents turul tiheneb, väheneb eeldatavasti seadmete ja materjalide hind järk-järgult, muutes selle arenenud tehnoloogia kättesaadavamaks rohkematele ettevõtetele ja eraisikutele.

Intellekti ja digitaliseerimise integreerimine: tehisintellekti algoritmide kombineerimine adaptiivse protsessiparameetrite optimeerimiseks koos reaalajas -sulatuskogumi oleku ja defektide tuvastamise seiresüsteemidega koos veebipõhise tagasiside reguleerimisega parandab vormimisprotsessi stabiilsust ja järjepidevust.

Standardiseerimine ja kvaliteedisüsteemi arendamine. Kuna tööstusrakendused süvenevad, jätkatakse SLM-i osade kontrollistandardite ja sertifitseerimissüsteemide täiustamist -, eriti suure-usaldusväärsuse valdkondades, nagu lennundus ja meditsiin, -, nihutades tehnoloogiat "kasutatavast" "usaldusväärseks".

Vaatamata oma olulistele eelistele seisab SLM-tehnoloogia praktikas endiselt silmitsi mitmete väljakutsetega. Esiteks on see jääkpinge probleem: kihi moodustumise-kiire{1}}ja jahtumise tõttu on osad altid olulisele sisemisele termilisele pingele, mis võib põhjustada deformeerumist või isegi pragunemist. Seetõttu on stressi leevendamiseks sageli vaja mõistlikku tugistruktuuri kavandamist ja -protsessijärgset kuumtöötlust. Teiseks on pinna karedus: SLM{6}}vormitud osadel on tavaliselt teatud astmeline-astmeline efekt ja pulbriline adhesioon, nii et täpset sobivust vajavad pinnad vajavad sageli järeltöötlusena töötlemist või poleerimist. Lisaks on seadmete ja materjalide kulud suhteliselt kõrged ning protsess on väikeste{10}}partiide,{11}}tükitoodangu puhul ökonoomsem kui masstootmise puhul. Seda protsessi kaaluvad ettevõtted peavad põhjalikult hindama osade keerukust, partii suurust ja jõudlusnõudeid.

Lisaks SLM-ile hõlmavad muud levinud metallilisandite tootmistehnoloogiad elektronkiire sulatamist (EBM) ja otsest metalli laserpaagutamist (DMLS). EBM kasutab soojusallikana elektronkiirt ja moodustab vaakumkeskkonnas osi, muutes selle sobivaks hapniku{1}}tundlikele materjalidele, nagu titaanisulamid, suhteliselt väiksema jääkpingega -, kuigi seadmete maksumus on kõrgem ja pinnakvaliteet on üldiselt ebatasasem. DMLS on põhimõtteliselt sarnane SLM-iga, mõlemad kasutavad metallipulbri sulatamiseks laserit ja neid kahte peetakse sageli sarnasteks tehnoloogiateks; peamised erinevused seisnevad tootjate nimetamise tavades ja teatud protsessi üksikasjades. Üldiselt on SLM tänu suhteliselt suurele vormimistäpsusele ja suhteliselt küpsele tarneahelale endiselt üks enim kasutatavaid protsesse metallilisandite tootmise valdkonnas.