Izskaidrots metāla 3D drukāšanas SLM process

SLM ir uzlabota metāla 3D drukas tehnoloģija, kas izmanto augstas-enerģijas lāzera staru, lai izkausētu un sacietētu metāla pulvera slāni pa slānim, ļaujot precīzi izgatavot metāla detaļas. Šī tehnoloģija piedāvā tādas priekšrocības kā augsta precizitāte, augsta izturība un augsta stingrība, padarot to īpaši piemērotu sarežģītu ģeometriju metāla detaļu ražošanai. Salīdzinājumā ar tradicionālajām metāla apstrādes metodēm (piemēram, liešana, kalšana un apstrāde), SLM ietilpst piedevu ražošanas kategorijā. Tam nav vajadzīgas veidnes vai griešanas instrumenti, un tas var "izaudzēt" cietas detaļas tieši no 3D digitālā modeļa, ievērojami saīsinot produkta izstrādes ciklu no projektēšanas līdz ražošanai. Tas ir īpaši labi-piemērots nelielu-partiju, daudzveidīgu-detaļu ar sarežģītu struktūru ražošanai.

datora vadība, pēc tam skenē metāla pulvera slāni pa slānim atbilstoši iepriekš iestatītam 3D modeļa ceļam. Lāzera stara siltums izkausē pulveri, kas pēc tam strauji atdziest un sacietē, veidojot vienu metāla slāni pēc otra. Slāņa-pa-slāņa uzkrāšanās rezultātā tiek iegūta visa metāla daļa.

Konkrēti, viss formēšanas process parasti notiek noslēgtā kamerā, kas piepildīta ar inertu gāzi (piemēram, slāpekli vai argonu), lai novērstu metāla pulvera oksidēšanos augstā temperatūrā un nodrošinātu formēšanas kvalitāti. Pēc katra slāņa skenēšanas platforma samazinās par vienu slāņa biezumu (parasti par 20–50 mikroniem), un pulvera -izkliedēšanas mehānisms uzklāj jaunu pulvera slāni uz jau izveidotā slāņa. Pēc tam lāzers vēlreiz skenē šī slāņa šķērsgriezuma{6}}kontūru. Šis cikls atkārtojas, līdz visa daļa ir pabeigta. Pēc formēšanas detaļai ir jāveic turpmākas pēc-apstrādes darbības, piemēram, pulvera noņemšana, atbalsta noņemšana, termiskā apstrāde un virsmas apstrāde, pirms tā kļūst par galīgo piegādājamo daļu.

Augsta precizitāte: SLM var sasniegt mikronu{0}}līmeņa drukāšanas precizitāti, nodrošinot, ka detaļas izmēri un forma precīzi atbilst konstrukcijas prasībām -, kas ir īpaši piemērotas sarežģītām funkcijām, piemēram, iekšējiem plūsmas kanāliem un režģu konstrukcijām, kuras ir grūti apstrādāt ar tradicionālajām metodēm.

Augsta izturība un stingrība: tā kā metāla pulveris ir pilnībā izkusis un ātri atdzesēts lāzera kausēšanas procesā, SLM izgatavotajām detaļām ir lieliskas mehāniskās īpašības un izturība, un dažos veiktspējas rādītājos blīvums sasniedz vairāk nekā 99% -, kas pat pārsniedz tradicionālos kalumus.

Materiālu daudzveidība: SLM ir piemērojams plašam metāla materiālu klāstam, tostarp nerūsējošajam tēraudam, niķeļa -supersakausējumiem, titāna sakausējumiem, kobalta-hroma sakausējumiem, augstas-izturības alumīnija sakausējumiem un dārgmetāliem, piedāvājot plašas pielietojuma iespējas dažādās jomās.

Augsta dizaina brīvība: pateicoties slāņa-pēc-slāņa ražošanas principam, SLM nodrošina topoloģiju-optimizētu dizainu, vieglas režģu struktūras un integrētus-viengabala komponentus, ko nevar sasniegt tradicionālajos procesos, tādējādi efektīvi samazinot detaļu skaitu un montāžas posmus.

Augsta materiālu izmantošana: Nekausētu metāla pulveri var atgūt, izsijāt un atkārtoti izmantot, ievērojami samazinot izejvielu atkritumus salīdzinājumā ar tradicionālo atņemšanas apstrādi.

SLM tehnoloģija tiek plaši izmantota vairākās jomās, tostarp, bet ne tikai:

Kosmiskā aviācija: SLM var ražot sarežģītas gaisa kuģu dzinēju sastāvdaļas un kosmosa kuģu daļas, apmierinot aviācijas un kosmosa nozares pieprasījumu pēc augstas -veiktspējas, vieglām sastāvdaļām -, piemēram, turbīnu lāpstiņām, degvielas sprauslām un konstrukcijas kronšteiniem.

Automobiļu ražošana: automobiļu rūpniecībā SLM var izmantot, lai ražotu vieglas automobiļu daļas, piemēram, dzinēja stiprinājumus un transmisijas pārnesumus, palīdzot uzlabot degvielas efektivitāti un veiktspēju. To plaši izmanto arī sacīkšu nozarē pielāgotu detaļu izstrādei.

Biomedicīna: Biomedicīnas jomā SLM var ražot medicīniskās ierīces, piemēram, mākslīgās locītavas un zobu implantus, nodrošinot pacientiem personalizētus ārstēšanas risinājumus. Tās porainās struktūras dizains arī palīdz veicināt kaulu audu augšanu un integrāciju.

Pelējuma ražošana: SLM var izmantot, lai ražotu iesmidzināšanas veidnes ar konformāliem dzesēšanas kanāliem, ievērojami uzlabojot veidņu dzesēšanas efektivitāti, saīsinot iesmidzināšanas liešanas ciklus un uzlabojot produktu ražu.

Rūpnieciskās iekārtas un elektroniskā siltuma izkliedēšana: Tādās jomās kā sakaru iekārtas un precīzijas elektroniskās siltuma izlietnes SLM var izmantot arī funkcionālu daļu ražošanai ar sarežģītām dzesēšanas struktūrām, uzlabojot siltuma izkliedes efektivitāti un strukturālo integrāciju.

SLM tehnoloģijas attīstība meklējama 80. gados. Tajā laikā amerikāņu uzņēmums 3D Systems laida klajā pirmo komerciālo SLM iekārtu, atzīmējot SLM tehnoloģijas oficiālo dzimšanu. Tehnoloģijai turpinot attīstīties un uzlaboties, SLM iekārtu veiktspēja nepārtraukti uzlabojās, ievērojami uzlabojot drukāšanas ātrumu, precizitāti un uzticamību. Tajā pašā laikā SLM tehnoloģijas pielietojuma joma ir nepārtraukti paplašinājusies - no sākotnējās aviācijas un kosmosa līdz automobiļu ražošanai, biomedicīnai un daudzām citām jomām.

Ieejot 21. gadsimtā, attīstoties datorizētai-projektēšanai, topoloģijas optimizācijas algoritmiem un lieljaudas-lāzeru tehnoloģijai, SLM iekārtas pakāpeniski ir panākušas vairāku-lāzeru sadarbības skenēšanu, lielākus būvēšanas apjomus un viedākas procesu uzraudzības sistēmas. Ražošanas efektivitāte un konstrukcijas izmēri ir ievērojami palielinājušies, virzot metālu piedevu ražošanu no laboratorijas pētījumiem uz rūpniecisku{5}}pielietojumu.

Raugoties nākotnē, SLM tehnoloģijai turpinot attīstīties un ieviest jauninājumus, sagaidāmi sasniegumi šādās jomās:

Drukāšanas ātruma un efektivitātes uzlabošana: optimizējot lāzerskenēšanas ceļus un pulvera{0}}izkliedēšanas metodes, sagaidāmi turpmāki SLM tehnoloģijas drukāšanas ātruma un efektivitātes uzlabojumi.

Pielietojuma jomas paplašināšana: Tā kā materiālu zinātne turpina attīstīties un parādās jauni materiāli, SLM tehnoloģija varēs apkalpot vēl plašāku jomu klāstu, apmierinot daudzveidīgākas vajadzības.

Izmaksu samazināšana: SLM tehnoloģijai kļūstot arvien plašākai izplatībai un pastiprinoties konkurencei tirgū, paredzams, ka iekārtu un materiālu izmaksas pakāpeniski samazināsies, padarot šo progresīvo tehnoloģiju pieejamāku lielākam skaitam uzņēmumu un privātpersonu.

Intelekta un digitalizācijas integrācija. Apvienojot mākslīgā intelekta algoritmus adaptīvai procesa parametru optimizācijai, kā arī{0}}reāllaika pārraudzības sistēmas kausējuma baseina statusam un defektu noteikšanai ar tiešsaistes atgriezeniskās saites regulēšanu, uzlabos formēšanas procesa stabilitāti un konsekvenci.

Standartizācija un kvalitātes sistēmas attīstība. Padziļinoties nozares lietojumprogrammām, SLM detaļu pārbaudes standarti un sertifikācijas sistēmas turpinās uzlabot -, jo īpaši augstas-uzticamības jomās, piemēram, aviācijā un medicīnā, - virzot tehnoloģiju no "lietojamas" uz "uzticamu".

Neskatoties uz ievērojamajām priekšrocībām, SLM tehnoloģija joprojām saskaras ar vairākiem izaicinājumiem praktiskajā pielietojumā. Pirmkārt, jautājums ir par atlikušo spriegumu: ātrās sasilšanas un dzesēšanas dēļ, kas raksturīga slāņa -slāņa veidošanai-, daļas ir pakļautas ievērojamam iekšējam termiskam spriegumam, kas var izraisīt deformāciju vai pat plaisāšanu. Tāpēc, lai mazinātu stresu, bieži ir nepieciešama saprātīga atbalsta struktūras konstrukcija un pēc-procesa termiskā apstrāde. Otrkārt, virsmas raupjums: SLM{6}}veidotajām detaļām parasti ir noteikta kāpņu-pakāpju un pulvera adhēzijas pakāpe, tāpēc virsmām, kurām nepieciešama precīza pielāgošana, bieži vien ir nepieciešama apstrāde vai pulēšana kā pēcapstrāde. Turklāt aprīkojuma un materiālu izmaksas joprojām ir salīdzinoši augstas, un process ir ekonomiskāks mazās{10}}sērijās,{11}}viengabala ražošanā nekā masveida ražošanā. Uzņēmumiem, kas apsver šo procesu, ir vispusīgi jānovērtē detaļu sarežģītība, partijas lielums un veiktspējas prasības.

Papildus SLM, citas izplatītas metāla piedevu ražošanas tehnoloģijas ietver elektronu staru kausēšanu (EBM) un tiešo metāla lāzera saķepināšanu (DMLS). EBM izmanto elektronu staru kā siltuma avotu un veido detaļas vakuuma vidē, padarot to piemērotu skābekli -jutīgiem materiāliem, piemēram, titāna sakausējumiem, ar relatīvi mazāku atlikušo spriegumu -, lai gan aprīkojuma izmaksas ir augstākas un virsmas kvalitāte parasti ir nelīdzenāka. DMLS principā ir līdzīgs SLM, abas izmanto lāzeru metāla pulvera kausēšanai, un abas bieži tiek uzskatītas par līdzīgām tehnoloģijām; galvenās atšķirības slēpjas ražotāju nosaukšanas konvencijās un noteiktās procesa detaļās. Kopumā, pateicoties salīdzinoši augstajai formēšanas precizitātei un salīdzinoši nobriedušai piegādes ķēdei, SLM joprojām ir viens no visplašāk izmantotajiem procesiem metāla piedevu ražošanas jomā.