Paaiškintas metalo 3D spausdinimo SLM procesas

SLM yra pažangi metalo 3D spausdinimo technologija, kuri naudoja didelės-energijos lazerio spindulį, kad lydytų ir sukietėtų metalo milteliai sluoksnis po sluoksnio, todėl galima tiksliai pagaminti metalines dalis. Ši technologija pasižymi tokiais pranašumais kaip didelis tikslumas, didelis stiprumas ir didelis tvirtumas, todėl ji ypač tinka sudėtingos geometrijos metalinių dalių gamybai. Palyginti su tradiciniais metalo apdirbimo metodais (tokiais kaip liejimas, kalimas ir apdirbimas), SLM priklauso priedų gamybos kategorijai. Tam nereikia formų ar pjovimo įrankių, be to, galima „išauginti“ vientisas dalis tiesiai iš 3D skaitmeninio modelio, todėl produkto kūrimo ciklas nuo projektavimo iki gamybos labai sutrumpėja. Jis ypač gerai-tinka mažoms-partijoms, įvairioms-sudėtingų konstrukcijų dalių gamybai.

kompiuterio valdymą, tada nuskaito metalo miltelius sluoksnis po sluoksnio pagal iš anksto nustatytą 3D modelio kelią. Lazerio spindulio šiluma ištirpdo miltelius, kurie vėliau greitai atvėsta ir sukietėja, sudarydami vieną metalinį sluoksnį po kito. Sluoksnio-po-sluoksnio kaupimosi dėka galiausiai pagaminama visa metalinė dalis.

Konkrečiai, visas formavimo procesas paprastai vyksta sandarioje kameroje, užpildytoje inertinėmis dujomis (pvz., azotu arba argonu), kad būtų išvengta metalo miltelių oksidacijos aukštoje temperatūroje ir būtų užtikrinta formavimo kokybė. Po kiekvieno sluoksnio nuskaitymo kūrimo platforma sumažinama vienu sluoksnio storiu (paprastai 20–50 mikronų), o miltelių paskleidimo mechanizmas paskleidžia naują miltelių sluoksnį ant jau -suformuoto sluoksnio. Tada lazeris vėl nuskaito to sluoksnio{6}}skerspjūvio kontūrą. Šis ciklas kartojamas tol, kol bus baigta visa dalis. Suformavus detalei turi būti atlikti tolesni tolesnio{9}}apdirbimo etapai, pvz., miltelių pašalinimas, atramos pašalinimas, terminis apdorojimas ir paviršiaus apdorojimas, kad ji taptų galutine pristatoma dalimi.

Didelis tikslumas: SLM gali pasiekti mikronų{0}}lygio spausdinimo tikslumą, užtikrinant, kad detalės matmenys ir forma tiksliai atitiktų projektavimo reikalavimus -, ypač tinka sudėtingoms funkcijoms, pvz., vidiniams srauto kanalams ir grotelių struktūroms, kurias sunku apdirbti tradiciniais metodais.

Didelis stiprumas ir tvirtumas: kadangi metalo milteliai visiškai išsilydo ir greitai atšaldomi lydymosi lazeriu proceso metu, SLM pagamintos dalys pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis ir tvirtumu, o tankis siekia daugiau nei 99 % - pagal kai kuriuos našumo rodiklius, net pranoksta tradicinius kaltinius.

Medžiagų įvairovė: SLM taikomas įvairioms metalų medžiagoms, įskaitant nerūdijantį plieną, nikelio{0}}superlydinius, titano lydinius, kobalto-chromo lydinius, didelio-stiprumo aliuminio lydinius ir tauriuosius metalus, todėl siūlomos įvairios pritaikymo galimybės įvairiose srityse.

Didelė projektavimo laisvė: dėl sluoksnių-pagal-sluoksnių gamybos principo SLM įgalina topologinį-optimizuotą dizainą, lengvas grotelių struktūras ir integruotus vientisus komponentus, kurių negalima pasiekti tradiciniais procesais, efektyviai sumažinant dalių ir surinkimo etapų skaičių.

Didelis medžiagų panaudojimas: Neišlydytus metalo miltelius galima regeneruoti, sijoti ir pakartotinai panaudoti, o tai žymiai sumažina žaliavų atliekas, palyginti su tradiciniu atimantiniu apdirbimu.

SLM technologija plačiai naudojama keliose srityse, įskaitant, bet neapsiribojant:

Orlaivių ir erdvėlaivių pramonė: SLM gali gaminti sudėtingus orlaivių variklių komponentus ir erdvėlaivių dalis, patenkinančius aviacijos ir kosmoso pramonės poreikius dėl didelio -našumo, lengvų komponentų -, tokių kaip turbinos mentės, degalų purkštukai ir konstrukciniai laikikliai.

Automobilių gamyba: automobilių pramonėje SLM gali būti naudojamas lengvoms automobilių dalims, pvz., variklio laikikliams ir pavarų dėžėms, gaminti, o tai padeda pagerinti degalų efektyvumą ir našumą. Jis taip pat plačiai naudojamas lenktynių pramonėje kuriant individualias dalis.

Biomedicina: Biomedicinos srityje SLM gali gaminti medicinos prietaisus, tokius kaip dirbtiniai sąnariai ir dantų implantai, suteikdami pacientams individualizuotus gydymo sprendimus. Jo porėtos struktūros dizainas taip pat padeda skatinti kaulinio audinio augimą ir integraciją.

Liejimo formų gamyba: SLM gali būti naudojamas gaminant įpurškimo formas su konformaliais aušinimo kanalais, žymiai pagerinant formų aušinimo efektyvumą, sutrumpinant liejimo liejimo ciklus ir pagerinant produkto išeigą.

Pramoninė įranga ir elektroninis šilumos išsklaidymas: SLM taip pat gali būti naudojamas gaminant funkcines dalis su sudėtingomis aušinimo struktūromis, gerinant šilumos išsklaidymo efektyvumą ir struktūrinę integraciją.

SLM technologijos raidą galima atsekti 1980 m. Tuo metu amerikiečių kompanija 3D Systems išleido pirmąją komercinę SLM įrangą, žyminčią oficialų SLM technologijos gimimą. Technologijai toliau tobulėjant ir tobulėjant, SLM įrangos našumas nuolat tobulėjo, žymiai pagerėjo spausdinimo greitis, tikslumas ir patikimumas. Tuo pačiu metu SLM technologijos taikymo sritis nuolat plečiasi - nuo pradinio dėmesio aviacijai iki automobilių gamybos, biomedicinos ir daugelio kitų sričių.

Įžengus į 21-ąjį amžių, tobulėjant kompiuteriniam-projektavimui, topologijos optimizavimo algoritmams ir didelės-galios lazerinei technologijai, SLM įranga pamažu pasiekė daugialypį-lazerinį nuskaitymą, didesnę kūrimo apimtį ir pažangesnes procesų stebėjimo sistemas. Gamybos efektyvumas ir konstrukcijos dydis labai išaugo, todėl metalo priedų gamyba nuo laboratorinių tyrimų tapo pritaikyta pramoniniu mastu.

Žvelgiant į ateitį, SLM technologijai toliau tobulėjant ir diegiant naujoves, tikimasi laimėjimų šiose srityse:

Spausdinimo greičio ir efektyvumo gerinimas: optimizavus lazerinio nuskaitymo kelius ir miltelinio{0}}barstymo metodus, tikimasi tolesnio SLM technologijos spausdinimo greičio ir efektyvumo patobulinimų.

Išplečiama taikymo sritis: Medžiagų mokslui toliau tobulėjant ir atsirandant naujoms medžiagoms, SLM technologija galės aptarnauti dar daugiau sričių, tenkindama įvairesnius poreikius.

Sąnaudų mažinimas: SLM technologijai vis labiau plintant ir didėjant konkurencijai rinkoje, tikimasi, kad įrangos ir medžiagų kaina palaipsniui mažės, todėl ši pažangi technologija taps prieinamesnė vis daugiau įmonių ir asmenų.

Intelekto ir skaitmeninimo integravimas: derinant dirbtinio intelekto algoritmus, skirtus prisitaikančiam proceso parametrų optimizavimui, su realiuoju laiku{0}}sulydimo baseino būsenos ir defektų aptikimo stebėjimo sistemomis su grįžtamojo ryšio koregavimu internetu, pagerės formavimo proceso stabilumas ir nuoseklumas.

Standartizavimas ir kokybės sistemos kūrimas. Pramonėje vis labiau tobulėjant SLM dalių tikrinimo standartai ir sertifikavimo sistemos bus toliau tobulinami -, ypač didelio-patikimumo srityse, tokiose kaip aviacija ir medicina, - technologiją iš „tinkamo naudoti“ link „patikimos“.

Nepaisant reikšmingų pranašumų, SLM technologija vis dar susiduria su keletu iššūkių praktikoje. Pirma, tai liekamojo įtempio problema: dėl greito kaitinimo ir aušinimo, būdingo sluoksniui-su -sluoksnio formavimu, dalys yra linkusios į didelį vidinį šiluminį įtempį, dėl kurio gali deformuotis ar net įtrūkti. Todėl norint sumažinti įtampą, dažnai reikalingas pagrįstas atraminės konstrukcijos projektavimas ir po-procesinis terminis apdorojimas. Antra, paviršiaus šiurkštumas: SLM{6}}suformuotos dalys paprastai pasižymi tam tikru laiptų-laiptų ir miltelių sukibimo laipsniu, todėl paviršius, kuriuos reikia tiksliai pritaikyti, dažnai vis tiek reikia apdirbti arba poliruoti kaip po{8}}pastovaus apdorojimo. Be to, įrangos ir medžiagų sąnaudos išlieka gana didelės, o procesas yra ekonomiškesnis gaminant mažą{10}}pakartotinę{11}}gamybą, nei gaminant masinę. Įmonės, svarstančios šį procesą, turi visapusiškai įvertinti dalių sudėtingumą, partijos dydį ir našumo reikalavimus.

Be SLM, kitos įprastos metalo priedų gamybos technologijos apima elektronų pluošto lydymą (EBM) ir tiesioginį metalo lazerinį sukepinimą (DMLS). EBM naudoja elektronų pluoštą kaip šilumos šaltinį ir sudaro dalis vakuuminėje aplinkoje, todėl tinka deguoniui -jautrioms medžiagoms, pvz., titano lydiniams, su santykinai mažesniu likutiniu įtempimu -, nors įrangos kaina yra didesnė, o paviršiaus kokybė paprastai yra grubesnė. DMLS iš esmės yra panašus į SLM, abiem atvejais naudojamas lazeris metalo milteliams lydyti, ir šios dvi technologijos dažnai laikomos panašiomis technologijomis; pagrindiniai skirtumai slypi gamintojų pavadinimų sutartyse ir tam tikrose proceso detalėse. Apskritai, dėl gana didelio formavimo tikslumo ir palyginti brandžios tiekimo grandinės, SLM išlieka vienu iš plačiausiai taikomų procesų metalo priedų gamybos srityje.