SLM metallist 3D-printimise tehnoloogia

SLM (Selective Laser Melting) on ​​täiustatud lisandite valmistamise tehnoloogia, mis keskendub metallmaterjalide 3D-printimisele. Kasutades laserkiirt metallipulbri täpseks sulatamiseks, ehitab see tehnoloogia kihthaaval keerukaid kolme-mõõtmelisi metallosi, pakkudes töötlevale tööstusele täiesti uut võimalust komponentide tootmiseks.

Kuna tööstus 4.0 ja nutikas tootmine arenevad edasi, pöörab üha rohkem ettevõtteid oma tähelepanu lisaainete tootmisele. Oma ainulaadse vormimispõhimõtte ja suurepärase detailide jõudlusega on SLM-st saanud metallitööstustööstuses üha olulisem jõud. See, mis sai alguse prototüübi valideerimise tööriistast, on nüüdseks arenenud protsessiks, mis on võimeline otseselt tootma lõppkasutusega funktsionaalseid osi, ja selle rakenduse piirid laienevad jätkuvalt.

SLM-tehnoloogia kasutab soojusallikana{0}}kõrge energiaga laserkiirt. Eelnevalt-seadistatud kolme-dimensiooniliste mudeliandmete põhjal skaneerib ja sulatab laser kihthaaval metallipulbri kihi. Laserkiire toimel metallipulber kiiresti sulab ja tahkub, moodustades tiheda metallilise tahke aine. Järjestikuse-kihthaaval-kuhjumise teel valmib lõpuks terviklik metallosa. See protsess ei vaja traditsioonilisi vorme ega lõiketööriistu, mis suurendab oluliselt tootmise paindlikkust ja tõhusust.

Täpsemalt sisaldab SLM-i moodustamise protsess tavaliselt järgmisi põhietappe. Esmalt viivad disainerid 3D-modelleerimistarkvara abil lõpule detaili digitaalse disaini ja viilutavad mudeli kahe-ristlõike-andmete seeriaks. Järgmisena laotab seade ehituskambrisse ühtlase metallipulbri kihi (tavaliselt paksusega 20–50 mikronit). Seejärel skaneerib laser seda kihti vastavalt viilutatud andmetele, põhjustades pulbri hetkega sulamise ja metallurgilise sideme selle all oleva varem moodustatud kihiga. Pärast iga kihi skannimist langeb ehitusplatvorm ühe kihi paksuse võrra ja uuesti kattesüsteem laotab laiali uue pulbrikihi. Seda tsüklit korratakse, kuni kogu osa on valmis.

Vormikvaliteedi tagamiseks viiakse kogu protsess tavaliselt läbi suletud kambris, mis on kaitstud inertgaasiga (nagu argoon või lämmastik), vältides metallipulbri oksüdeerumist kõrgel temperatuuril, mis muidu mõjutaks detaili mehaanilisi omadusi ja tihedust. Lisaks mõjutab laserskaneerimise tee planeerimine koos parameetritega, nagu skaneerimiskiirus, laseri võimsus ja punkti läbimõõt, otseselt lõpposa mikrostruktuuri, pinna karedust ja sisemist pingejaotust. Seetõttu on nende protsessiparameetrite peenhäälestus-üks SLM-i põhilisi tehnilisi väljakutseid.

Kõrge täpsus: SLM-tehnoloogia suudab saavutada mikroni{0}}täpsuse, tagades prinditud metallosade mõõtmete täpsuse ja keeruka kuju.

Suur materjalikasutus: tänu täpsele laserjuhtimisele võib metallipulbri kasutamine ületada 90%, mis vähendab oluliselt materjali raiskamist.

Disainivabadus: SLM-tehnoloogiat ei piira traditsioonilised tootmispiirangud ja see võib printida keeruka geomeetria ja sisestruktuuriga metallosi.

Lühike tootmistsükkel: projekteerimisest valmis detailini lühendab SLM-tehnoloogia tootmistsüklit oluliselt ja parandab tootmise efektiivsust.

Lisaks nendele neljale põhieelisele pakub SLM-tehnoloogia praktilistes rakendustes ka järgmist lisaväärtust:

Suurepärased mehaanilised omadused: kuna vormimisprotsess hõlmab kiiret sulamist ja tahkumist, on SLM-osade teraline struktuur tavaliselt peenem ja ühtlasem kui traditsiooniliselt valatud osadel. Teatud metallide puhul võivad SLM{1}}töödeldud komponendid saavutada isegi sepistatud osade tugevuse ja kõvaduse.

Integreeritud vormimisvõime: keerukaid struktuure, mis nõuavad traditsiooniliselt mitme komponendi keevitamist või kokkupanemist, saab printida ühe integreeritud osana SLM-i abil, vähendades montaaživigu ja võimalikke ühendustõrkeid, mis on seotud mitmeosalise kokkupanekuga.

Majanduslik elujõulisus väikese-partii suure-tootmise jaoks: osade jaoks, mis nõuavad väikeseid-partiisid, väga kohandatud tootmist, ei vaja SLM hallitust, mis võib oluliselt alandada-ühikuhinda-, muutes selle eriti hästi-sobivaks sellistes tööstusharudes nagu lennundus ja isikupärastatud meditsiiniseadmed, mis nõuavad suurt kohandamist.

Kergekaalulise disaini tugi: topoloogia optimeerimise ja võrekonstruktsiooni disaini abil saab SLM oluliselt vähendada osa kaalu, säilitades samal ajal konstruktsiooni tugevuse, mis on oluline sellistes tööstusharudes nagu lennundus ja autotööstus, millel on ranged kaalu{0}}alandamise nõuded.

SLM-tehnoloogia seab metallipulbri lähteainele kõrged nõudmised - sellised tegurid nagu sfäärilisus, osakeste suuruse jaotus ja voolavus mõjutavad otseselt vormimise kvaliteeti. Praegu SLM-i jaoks tööstuses kõige laialdasemalt kasutatavad metallmaterjalid on järgmised:

Roostevabast terasest seeria (nt 316L, 17-4PH): pakub head korrosioonikindlust ja hästi ümaraid mehaanilisi omadusi; kasutatakse laialdaselt meditsiiniseadmetes ja toiduainete töötlemise seadmetes.

Titaanisulamite seeria (nt Ti6Al4V): hinnatud suurepärase eritugevuse ja bioloogilise ühilduvuse eest, mistõttu on see eelistatud materjal kosmosetööstuse konstruktsioonikomponentide ja meditsiiniliste implantaatide jaoks.

Alumiiniumisulamist seeria (nagu AlSi10Mg): ühendab kerge kaalu suhteliselt suure tugevusega; kasutatakse tavaliselt autoosades ja kergekaalulistes kosmosetööstuse konstruktsioonikomponentides.

Nikli-põhised supersulamid (nagu Inconel 718, Inconel 625): neil on suurepärane tugevus kõrgel-temperatuuril ja oksüdatsioonikindlus; kasutatakse peamiselt õhusõidukite mootorite ja gaasiturbiinide kuumade sektsioonide{4}}komponentides.

Koobalt-kroomisulamid: tuntud hea kulumiskindluse ja biosobivuse poolest, kasutatakse laialdaselt hambaravis ja ortopeedilistes implantaatides.

Materjalisüsteemi pidev laiendamine on loonud tugeva aluse SLM-tehnoloogia sügavamale tungimisele erinevates tööstusharudes.

Lisaks SLM-ile hõlmab metallilisandite tootmise valdkond muude protsesside hulgas ka elektronkiire sulatamist (EBM), otsest metalli laserpaagutamist (DMLS) ja selektiivset laserpaagutamist (SLS). Võrreldes EBM-iga kipuvad SLM-seadmed olema odavamad ja pakuvad suuremat vormimistäpsust, kuigi nende ehituskiirus on mõnevõrra aeglasem. Võrreldes SLS-iga -, mis on peamiselt suunatud plastidele ja mõne metallipulbri osalisele paagutamisele, - sulatab SLM metallipulbri täielikult, mille tulemuseks on suurema tiheduse ja mehaaniliste omadustega osad, mis on sepistatud komponentide omadele lähemal. Need eristavad eelised annavad SLM-ile olulise positsiooni funktsionaalsete metallosade tootmisel, mis nõuavad suurt täpsust ja jõudlust.

Võtke näiteks Shenzhen JR Technology Co., Ltd. jõuülekande ja juhtimise osakond. Ettevõte kasutas SLM-tehnoloogiat konformsete jahutuskanalitega vormidetailide tootmiseks, lühendades dramaatiliselt kaablikanalite tootmiseks vajalikku tootmistsüklit. Vormidetailide ümberkujundamise ja SLM-i eeliste ärakasutamise abil vähendas ettevõte edukalt jahutusaega 30 sekundilt 6 sekundile ja kogu tootmistsüklit 60 sekundilt 14,7 sekundile. See paranemine mitte ainult ei suurendanud tootmise efektiivsust, vaid vähendas ka praagi määra tootmise ajal.

Toimivuse testimisel näitasid purskkaevu -tüüpi, õhukese U-kujulise ja jämeda spiraalse- kanalikujundusega vormitükid parimat jahutust. Need konstruktsioonid maksimeerisid jahutuse efektiivsust, optimeerides voolukanalite kuju ja mõõtmeid. Samal ajal võimaldas SLM-tehnoloogia integreerida keerulisi jahutuskanaleid otse vormide sisse, suurendades veelgi jahutuse efektiivsust.

Lisaks sellele kaabli{0}}kanalivormi sisestusnäidetele on SLM-tehnoloogia andnud hulgaliselt tulemusi ka teistes tootmisvaldkondades. Lennunduses trükiti teatud lennukimootori mudeli kütusedüüs SLM-i abil integraalselt, vähendades osade arvu enam kui 20 komponendilt traditsioonilises tootmises ühele tükile - mitte ainult ei vähenda oluliselt kokkupaneku keerukust, vaid ka vähendas kogukaalu ligikaudu 25%. Meditsiiniseadmete valdkonnas on SLM-i abil toodetud titaanisulamist ortopeedilisi implantaate, mis on kohandatud patsiendi CT-skaneerimise andmete põhjal, et saavutada isikupärastatud disain, mis vastab täpselt patsiendi luu struktuurile; poorsete võrestruktuuride kasutuselevõtt soodustab ka luurakkude sissekasvu, parandades{6}}implantaadi pikaajalist stabiilsust. Autotööstuses on võidusõiduautod ja suure jõudlusega{8}}sõidukid hakanud kasutama SLM-i ka vedrustusklambrite, sisselaskekollektorite ja muude osade tootmiseks, - mis vastavad kõrgetele{10}}tugevusnõuetele, saavutades samas olulise kaalulanguse.

Need juhtumid näitavad täielikult, et SLM-tehnoloogia ei saa mitte ainult parandada tõhusust ühes tootmisetapis, vaid ka - struktuuri ümberkujundamise kaudu - luua terviklikku väärtust kogu toote elutsükli jooksul, mida traditsioonilistel tootmisprotsessidel on raske saavutada.

Vaatamata oma olulistele eelistele seisab SLM-tehnoloogia praktikas kasutuselevõtul endiselt mitmeid väljakutseid. Esiteks on seadmete ja toormaterjalide kulud endiselt suhteliselt kõrged. - kõrge{2}}täppis-SLM-seadmetel on suured hanke- ja hoolduskulud ning kvaliteetsed metallipulbrid on samuti suhteliselt kallid, mis piirab teatud määral tehnoloogia kasutuselevõttu kulutundlike toodete puhul. Teiseks piiravad osa suurust seadmete ehituskambri mõõtmed, mistõttu on raske ühes tükis suuremahuliste osade trükkimine; sellised osad tuleb sageli trükkida osadena ja seejärel omavahel ühendada. Lisaks kipub vormimisprotsessi käigus SLM-osadesse kogunema jääkpinge ja kui järgnevat kuumtöötlust ei kontrollita korralikult, võivad osad deformeeruda või isegi praguneda. See muudab täiendavad järeltöötlemise etapid - -, nagu pingevaba lõõmutamine- ja kuumisostaatpressimine -, mis on lõpliku osa kvaliteedi tagamise asendamatu osa. Tootmise tõhususe osas on SLM-il veel ruumi üksikute{13}}detailide valmistamise kiiruses võrreldes traditsiooniliste suure{14}mahuliste tootmisprotsessidega, mis on ka peamine põhjus, miks seadmete tootjad jätkavad mitme-laseriga paralleelskaneerimise süsteemide arendamist.

Kuna SLM-tehnoloogia areneb ja küpseb, laieneb selle rakenduste hulk kogu tootmises jätkuvalt. Tulevikus eeldatakse, et SLM mängib veelgi suuremat rolli lennunduses, autotööstuses ja meditsiiniseadmetes. Samal ajal, kuna metallipulbri materjalid jätkavad uuendusi ja kulud vähenevad, paraneb SLM-tehnoloogia majanduslik elujõulisus veelgi.

Tehnoloogilise arengu suunda vaadates parandab mitme{0}}laser-paralleelskaneerimise süsteemide kasvav kasutuselevõtt veelgi SLM-seadmete ehitamise tõhusust, tugevdades nende konkurentsivõimet keskmise- ja suure{2}}partiitootmise stsenaariumides. Tehisintellekti ja masinõppe kasutuselevõtt aitab ka protsessi parameetreid arukalt optimeerida ja võimaldab reaalajas kvaliteedi jälgimist-ehitamise ajal, vähendades sõltuvust operaatori kogemustest ja parandades toote saagikuse järjepidevust. Samal ajal, kui arenevad -järeltöötluse automatiseerimisseadmed -, sealhulgas automaatne pulbri eemaldamine, automaatne toe eemaldamine ja automaatne pinnatöötlus, - paraneb nende etappide tõhusus märkimisväärselt, vähendades veelgi üldist tsükliaega prindi valmimisest osade kohaletoimetamiseni.

Seoses laienevate rakendusstsenaariumitega, lisaks olemasolevatele kosmose-, meditsiini- ja autotööstuse valdkondadele, muutuvad SLM-tehnoloogia uuteks kasvupunktideks järk-järgult esilekerkivad valdkonnad, nagu energiaseadmed (nt vesinikkütuseelementide bipolaarsed plaadid, peamised tuumaenergia komponendid), valuvormide tootmine (nt konformsed jahutusvormid) ja tarbeelektroonika. On ette näha, et kui standardisüsteemid saavad küpseks ning tööstusahela üles- ja allavoolu arenevad kooskõlastatult, hakkab SLM-tehnoloogia mängima laiemal tootmismaastikul üha olulisemat rolli.

Tõhusa metallist 3D-printimise lahendusena on SLM toonud tootmistööstusesse revolutsioonilise muutuse oma suure täpsuse, kõrge materjalikasutuse, disainivabaduse ja lühikeste tootmistsüklitega. Tehnoloogia ja selle rakenduste pideva optimeerimise kaudu eeldatakse, et SLM-tehnoloogia saavutab täiendavaid läbimurdeid ja uuendusi veelgi laiemas valikus valdkondades, pakkudes tugevat tuge töötleva tööstuse ümberkujundamiseks ja ajakohastamiseks.

Tootmisettevõtete jaoks, kes soovivad parandada toote jõudlust, lühendada arendustsükleid ning saavutada struktuurne kergekaalulisus ja isikupärastatud kohandamine, on SLM-tehnoloogia sügav mõistmine ja asjakohane rakendamine oluline samm konkurentsieelise kindlustamisel tootmise tulevikus.