SLM metāla 3D drukas tehnoloģija

SLM (Selective Laser Melting) ir progresīva piedevu ražošanas tehnoloģija, kas vērsta uz metāla materiālu 3D drukāšanu. Izmantojot lāzera staru, lai precīzi izkausētu metāla pulveri, šī tehnoloģija slāni pa slānim veido sarežģītas trīs{2}dimensiju metāla daļas, piedāvājot ražošanas nozarei pilnīgi jaunu veidu, kā ražot komponentus.

Tā kā nozare 4.0 un viedā ražošana turpina attīstīties, arvien vairāk uzņēmumu pievērš uzmanību piedevu ražošanai. Ar savu unikālo formēšanas principu un izcilo detaļu veiktspēju SLM ir kļuvis par arvien nozīmīgāku spēku metālapstrādes nozarē. Tas, kas sākās kā prototipu apstiprināšanas rīks, tagad ir kļuvis par procesu, kas spēj tieši ražot gala-funkcionālās daļas, un tā pielietojuma robežas turpina paplašināties.

SLM tehnoloģija izmanto augstas{0}enerģijas lāzera staru kā siltuma avotu. Pēc iepriekš-iestatītiem trīs-dimensiju modeļa datiem lāzers skenē un izkausē metāla pulvera slāni slāni pa slānim. Lāzera stara iedarbībā metāla pulveris ātri kūst un sacietē, veidojot blīvu metālisku cietvielu. Veicot secīgu slāņu-pa-slāņa uzkrāšanos, galu galā tiek izveidota pilnīga metāla daļa. Šim procesam nav vajadzīgas tradicionālās veidnes vai griešanas instrumenti, kas ievērojami palielina ražošanas elastību un efektivitāti.

Konkrēti, SLM veidošanas process parasti ietver šādas galvenās darbības. Pirmkārt, dizaineri pabeidz daļas digitālo noformējumu, izmantojot 3D modelēšanas programmatūru, un sadala modeli divos -šķērsgriezuma-datos. Pēc tam iekārta izklāj vienmērīgu metāla pulvera slāni (parasti 20–50 mikronu biezumā) konstrukcijas kamerā. Pēc tam lāzers selektīvi skenē šo slāni saskaņā ar sagrieztajiem datiem, izraisot pulvera tūlītēju kušanu un metalurģisku saikni ar iepriekš izveidoto slāni zem tā. Pēc katra slāņa skenēšanas konstrukcijas platforma samazinās par vienu slāņa biezumu, un pārklāšanas sistēma izklāj jaunu pulvera slāni. Šis cikls atkārtojas, līdz visa daļa ir pabeigta.

Lai nodrošinātu formēšanas kvalitāti, viss process parasti tiek veikts noslēgtā kamerā, kas ir aizsargāta ar inertu gāzi (piemēram, argonu vai slāpekli), novēršot metāla pulvera oksidēšanos augstā temperatūrā, kas citādi ietekmētu detaļas mehāniskās īpašības un blīvumu. Turklāt lāzera skenēšanas ceļa plānošana kopā ar tādiem parametriem kā skenēšanas ātrums, lāzera jauda un vietas diametrs tieši ietekmē gala daļas mikrostruktūru, virsmas raupjumu un iekšējo spriegumu sadalījumu. Tāpēc šo procesa parametru precīza-noregulēšana ir viens no galvenajiem SLM tehniskajiem izaicinājumiem.

Augsta precizitāte: ar SLM tehnoloģiju var sasniegt mikronu{0}}līmeņa precizitātes vadību, nodrošinot, ka apdrukātajām metāla daļām ir izmēri un var būt sarežģītas formas.

Augsta materiālu izmantošana: Pateicoties precīzai lāzera kontrolei, metāla pulvera izmantošana var pārsniegt 90%, ievērojami samazinot materiālu atkritumus.

Dizaina brīvība: SLM tehnoloģiju neierobežo tradicionālie ražošanas ierobežojumi, un tā var drukāt metāla daļas ar sarežģītu ģeometriju un iekšējām struktūrām.

Īss ražošanas cikls: no projektēšanas līdz gatavai detaļai SLM tehnoloģija ievērojami saīsina ražošanas ciklu un uzlabo ražošanas efektivitāti.

Papildus šīm četrām galvenajām priekšrocībām SLM tehnoloģija nodrošina arī šādu papildu vērtību praktiskos lietojumos:

Izcilas mehāniskās īpašības: tā kā formēšanas process ietver ātru kušanu un sacietēšanu, SLM detaļu graudu struktūra parasti ir smalkāka un vienmērīgāka nekā tradicionāli lietajām daļām. Dažiem metāliem ar SLM-apstrādātiem komponentiem var sasniegt pat stiprību un cietību, kas pārsniedz kalto detaļu izturību.

Integrēta formēšanas iespēja: sarežģītas struktūras, kurām tradicionāli nepieciešama vairāku komponentu metināšana vai montāža, var izdrukāt kā vienu integrētu daļu, izmantojot SLM, tādējādi samazinot montāžas kļūdas un iespējamās savienojuma kļūdas, kas saistītas ar vairāku detaļu montāžu.

Ekonomiskā dzīvotspēja mazu-sēriju,-dažādu ražošanai: detaļām, kurām nepieciešama neliela-partija, ļoti pielāgota ražošana, SLM nav nepieciešama pelējuma forma, kas var ievērojami samazināt -vienības izmaksas-, padarot to īpaši piemērotu tādām nozarēm kā aviācija un personalizētas medicīniskās ierīces, kurām nepieciešama augsta pielāgošanas pakāpe.

Atbalsts vieglai konstrukcijai: izmantojot topoloģijas optimizāciju un režģa struktūras dizainu, SLM var būtiski samazināt detaļas svaru, vienlaikus saglabājot konstrukcijas izturību, kas ir būtiska tādām nozarēm kā kosmosa un automobiļu rūpniecība, kurām ir stingras svara{0}samazināšanās prasības.

SLM tehnoloģija izvirza augstas prasības metāla pulvera izejvielām - tādi faktori kā sfēriskums, daļiņu izmēra sadalījums un plūstamība tieši ietekmē formēšanas kvalitāti. Pašlaik SLM rūpniecībā visplašāk izmantotie metāla materiāli ir:

Nerūsējošā tērauda sērija (piemēram, 316L, 17-4PH): nodrošina labu izturību pret koroziju un labi noapaļotas mehāniskās īpašības; plaši izmanto medicīnas ierīcēs un pārtikas pārstrādes iekārtās.

Titāna sakausējuma sērija (piemēram, Ti6Al4V): novērtēta par izcilo īpatnējo izturību un bioloģisko saderību, padarot to par vēlamo materiālu aviācijas un kosmosa konstrukciju komponentiem un medicīniskiem implantiem.

Alumīnija sakausējuma sērija (piemēram, AlSi10Mg): apvieno vieglu svaru ar salīdzinoši augstu izturību; parasti izmanto automobiļu detaļās un vieglās aviācijas un kosmosa konstrukcijas komponentos.

Supersakausējumi uz niķeļa- bāzes (piemēram, Inconel 718, Inconel 625): tiem ir lieliska izturība pret augstu temperatūru un oksidācijas izturība; galvenokārt izmanto gaisa kuģu dzinēju un gāzturbīnu karstās -sekcijas komponentēs.

Kobalta{0}}hroma sakausējumi: pazīstami ar labu nodilumizturību un bioloģisko saderību, plaši izmanto zobu restaurācijās un ortopēdiskajos implantos.

Materiālu sistēmas nepārtrauktā paplašināšana ir radījusi stabilu pamatu SLM tehnoloģiju dziļākai iespiešanās visās nozarēs.

Papildus SLM metāla piedevu ražošanas joma ietver arī elektronu staru kausēšanu (EBM), tiešo metāla lāzera saķepināšanu (DMLS) un selektīvo lāzera saķepināšanu (SLS), kā arī citus procesa veidus. Salīdzinot ar EBM, SLM aprīkojums parasti ir lētāks un piedāvā augstāku formēšanas precizitāti, lai gan tā veidošanas ātrums ir nedaudz lēnāks. Salīdzinājumā ar SLS -, kas galvenokārt ir paredzēts plastmasai un dažu metāla pulveru daļējai saķepināšanai, - SLM pilnībā izkausē metāla pulveri, kā rezultātā daļas ar lielāku blīvumu un mehāniskajām īpašībām ir tuvākas viltotām detaļām. Šīs atšķirīgās priekšrocības nodrošina SLM svarīgu vietu funkcionālu metāla detaļu ražošanā, kurām nepieciešama augsta precizitāte un veiktspēja.

Kā piemēru ņemiet Shenzhen JR Technology Co., Ltd. jaudas pārvades un kontroles nodaļu. Uzņēmums izmantoja SLM tehnoloģiju, lai ražotu veidņu ieliktņus ar konformāliem dzesēšanas kanāliem, ievērojami saīsinot ražošanas ciklu, kas nepieciešams kabeļu cauruļu ražošanai. Pārveidojot veidņu ieliktņus un izmantojot SLM priekšrocības, uzņēmums veiksmīgi samazināja dzesēšanas laiku no 30 sekundēm līdz 6 sekundēm un saīsināja kopējo ražošanas ciklu no 60 sekundēm līdz 14,7 sekundēm. Šis uzlabojums ne tikai palielināja ražošanas efektivitāti, bet arī samazināja lūžņu daudzumu ražošanas laikā.

Veiktspējas pārbaudē vislabāko dzesēšanas veiktspēju uzrādīja veidņu ieliktņi ar strūklakas-tipa, plānu U-formas un biezu spirālveida-formas kanālu. Šīs konstrukcijas palielināja dzesēšanas efektivitāti, optimizējot plūsmas kanālu formu un izmērus. Tajā pašā laikā SLM tehnoloģija ļāva arī integrēt sarežģītus dzesēšanas kanālus tieši veidņu ieliktņos, vēl vairāk uzlabojot dzesēšanas efektivitāti.

Papildus šim kabeļu{0}}caurules veidņu ievietošanas piemēram, SLM tehnoloģija ir devusi plašu rezultātu kopumu arī citās ražošanas jomās. Aviācijas un kosmosa jomā noteikta gaisa kuģa dzinēja modeļa degvielas sprausla tika pilnībā iespiesta, izmantojot SLM, samazinot detaļu skaitu no vairāk nekā 20 komponentiem tradicionālajā ražošanā līdz vienam gabalam - ne tikai ievērojami samazinot montāžas sarežģītību, bet arī samazinot kopējo svaru par aptuveni 25%. Medicīnas ierīču jomā titāna sakausējuma ortopēdiskie implanti, kas pielāgoti, pamatojoties uz pacienta CT skenēšanas datiem, ir ražoti, izmantojot SLM, lai panāktu personalizētu dizainu, kas cieši atbilst pacienta kaulu struktūrai; porainu režģa struktūru ieviešana veicina arī kaulu šūnu ieaugšanu, uzlabojot implanta ilgtermiņa stabilitāti. Automobiļu ražošanā sacīkšu un augstas veiktspējas transportlīdzekļi arī ir sākuši izmantot SLM, lai ražotu balstiekārtas kronšteinus, ieplūdes kolektorus un citas detaļas, kas - atbilst augstām{10}}izturības prasībām, vienlaikus panākot ievērojamu svara samazinājumu.

Šie gadījumi pilnībā parāda, ka SLM tehnoloģija var ne tikai uzlabot efektivitāti vienā ražošanas posmā, bet arī - ar strukturālas pārveides palīdzību - radīt visaptverošu vērtību visā produkta dzīves ciklā, ko tradicionālajiem ražošanas procesiem ir grūti atrast.

Neskatoties uz ievērojamajām priekšrocībām, SLM tehnoloģija joprojām saskaras ar vairākiem izaicinājumiem praktiskā ieviešanā. Pirmkārt, iekārtu un izejmateriālu izmaksas joprojām ir relatīvi augstas - augstas-precizitātes SLM aprīkojumam ir ievērojamas iepirkuma un uzturēšanas izmaksas, un augstas- kvalitātes metāla pulveris ir arī salīdzinoši dārgs, kas zināmā mērā ierobežo tehnoloģijas izmantošanu izmaksu ziņā jutīgos produktos. Otrkārt, daļas izmēru ierobežo iekārtas konstrukcijas kameras izmēri, kas apgrūtina liela izmēra detaļu integrāciju vienā gabalā; šādas daļas bieži ir jādrukā pa daļām un pēc tam jāsavieno kopā. Turklāt formēšanas procesā SLM daļās mēdz uzkrāties atlikušais spriegums, un, ja turpmākā termiskā apstrāde netiek pareizi kontrolēta, detaļas var deformēties vai pat saplaisāt. Tādējādi papildu pēc-apstrādes darbības -, piemēram, spriedzes atlaidināšana- un karstā izostatiskā presēšana - ir neatņemama sastāvdaļa galīgās daļas kvalitātes nodrošināšanai. Ražošanas efektivitātes ziņā SLM joprojām var uzlabot vienas{13}}detaļas veidošanas ātrumu, salīdzinot ar tradicionālajiem liela apjoma ražošanas procesiem, kas arī ir galvenais iemesls, kāpēc iekārtu ražotāji turpina izstrādāt vairāku-lāzeru paralēlās skenēšanas sistēmas.

Tā kā SLM tehnoloģija turpina attīstīties un attīstīties, tās lietojumu klāsts visā ražošanā turpinās paplašināties. Paredzams, ka nākotnē SLM ieņems vēl lielāku lomu kosmosa, automobiļu ražošanas un medicīnas ierīču jomā. Tajā pašā laikā, tā kā metāla pulvera materiāli turpina ieviest jauninājumus un samazinās izmaksas, SLM tehnoloģijas ekonomiskā dzīvotspēja turpinās uzlaboties.

Raugoties uz tehnoloģiskās attīstības virzienu, pieaugošā vairāku{0}}lāzeru paralēlās skenēšanas sistēmu ieviešana vēl vairāk uzlabos SLM iekārtu izveides efektivitāti, stiprinot tā konkurētspēju vidējas- un lielas{2}}sērijveida ražošanas scenārijos. Mākslīgā intelekta un mašīnmācīšanās ieviešana arī palīdzēs gudri optimizēt procesa parametrus un nodrošinās reāllaika kvalitātes uzraudzību-veidošanas procesa laikā, samazinot atkarību no operatora pieredzes un uzlabojot produktu ražas konsekvenci. Tikmēr, attīstoties pēc-apstrādes automatizācijas aprīkojumam -, tostarp automātiskai pulvera noņemšanai, automātiskai atbalsta noņemšanai un automātiskai virsmas apstrādei, - šo darbību efektivitāte ievērojami uzlabosies, vēl vairāk saīsinot kopējo cikla laiku no drukas pabeigšanas līdz daļas piegādei.

Runājot par pielietojuma scenāriju paplašināšanu, ārpus esošajām kosmosa, medicīnas un automobiļu nozarēm, jaunas jomas, piemēram, enerģijas aprīkojums (piemēram, bipolārās plāksnes ūdeņraža kurināmā elementiem, galvenie kodolenerģijas komponenti), veidņu ražošana (piemēram, konformālas dzesēšanas veidnes) un plaša patēriņa elektronika pakāpeniski kļūst par jauniem SLM tehnoloģijas izaugsmes punktiem. Ir paredzams, ka, standartu sistēmām nobriedot un nozares ķēdes augšup un lejup attīstoties koordinēti, SLM tehnoloģijai būs arvien lielāka nozīme plašākā ražošanas vidē.

Kā efektīvs metāla 3D drukas risinājums, SLM ir radījis revolucionāras pārmaiņas ražošanas nozarē ar savu augsto precizitāti, augstu materiālu izmantošanu, dizaina brīvību un īsiem ražošanas cikliem. Paredzams, ka, nepārtraukti optimizējot tehnoloģiju un tās lietojumus, SLM tehnoloģija sasniegs turpmākus sasniegumus un inovācijas vēl plašākā jomā, nodrošinot spēcīgu atbalstu ražošanas nozares pārveidošanai un modernizācijai.

Ražošanas uzņēmumiem, kas vēlas uzlabot produktu veiktspēju, saīsināt izstrādes ciklus un panākt strukturālu vieglumu un personalizētu pielāgošanu, dziļas izpratnes iegūšana par SLM tehnoloģiju un atbilstoša pielietošana būs svarīgs solis, lai nodrošinātu konkurences priekšrocības ražošanas nākotnē.