Laser za selektivno lasersko taljenje. SLM tehnologija sastavni je dio Tvornice budućnosti

Nastavljamo razmatrati postojeće tehnologije 3D ispisa i njihove značajke. Sljedeće sljedeće metode 3d ispis:

Izravno lasersko sinteriranje metala (DMLS)

Umjesto DMLS (Direct Metal Laser Sintering) možete pronaći i naziv SLM (Selective Laser Melting). Ova tehnologija svoje drugo ime duguje njemačkoj tvrtki EOS. Tvrtka je jedna od vodećih u sloj-po-sloj dizajnu prototipova. Nedavno smo pisali o njihovom najnovijem razvoju - mikrolaserskom sinteriranju ().

Glavni potrošači tehnologije su područja medicine, mikroelektronička industrija i dijelom.

Kada se proizvode pomoću DMLS tehnologije, proizvodi imaju impresivnu debljinu sloja od 1 - 5 nm s maksimalnim dimenzijama proizvoda od 60 mm u promjeru i 30 mm u visini.
Proces proizvodnje proizvoda temelji se na strujanju taline-veziva u šupljine između čestica praha pod djelovanjem kapilarnih sila. Kako bi se poboljšao proces tečenja, praškastoj smjesi dodaju se spojevi s fosforom, čime se smanjuje površinska napetost, viskoznost i stupanj oksidacije taline. Čestice vezivnog praha obično su manje veličine od čestica osnovnog praha. To pomaže povećati gustoću praškaste smjese i ubrzati proces stvaranja taline.

Danas postoje sljedeći materijali za 3D ispis pomoću DMLS tehnologije:

• DirectMetal 20 (metalni prah na bazi bronce)
• EOS StainlessSteel GP1 (nehrđajući čelik, sličan europskom 1.4542)
• EOS MaragingSteel MS1 (Maraging Steel)
• EOS CobaltChrome MP1 (izuzetno čvrsta legura kobalt-krom-molibden)
• EOS CobaltChrome SP2 (kobalt-krom-molibden ultra-čvrsta dentalna legura)
• EOS Titanium Ti64 / Ti64ELI (legure titana)
• EOS NickelAlloy IN625 (legura nikla)
• EOS NickelAlloy IN718 (legura nikla)
• EOS Aluminij AlSi10Mg (aluminijska legura)

Taljenje snopom elektrona (EBM)

Metoda taljenja elektronskim snopom nastala je u zrakoplovnoj industriji. Nakon čega je počeo osvajati civilnu sferu. Polazni materijal za proizvodnju je metalni prah. Obično su to legure titana.

Proizvod se proizvodi na sljedeći način: potrebna količina praha se ulije u vakuumsku komoru, zatim kontrolirani protok elektrona "zaobilazi" konturu modela sloj po sloj i topi prah na tim mjestima. To rezultira čvrstom strukturom. Zahvaljujući prisutnosti vakuuma i općenito visoke temperature, konačni proizvod dobiva čvrstoću sličnu kovanim legurama.

U usporedbi s DMLS i SLS tehnologijom, taljenje elektronskim snopom ne zahtijeva naknadnu toplinsku obradu za postizanje visoke čvrstoće. Ova metoda je također brža i točnija zbog velike gustoće energije elektronskog snopa.

Lider u ovom području je švedska tvrtka Arcam.

Selektivno lasersko taljenje (SLM)

SLM tehnologija je slična SLS-u, čak su i zbunjeni, jer... U oba slučaja koriste se metalni prah i laser. Ali ove tehnologije imaju temeljne razlike. U SLS metodi, čestice praha se zajedno sinteriraju, dok se u SLM, čestice metalnog praha dovode da se tope i zatim zavaruju zajedno da tvore kruti okvir.

Proces izrade modela sličan je SLS tehnologiji. I ovdje se sloj metalnog praha nanosi na radnu površinu i ravnomjerno valja po njemu. Ovaj rad se izvodi valjkom ili četkom. Visina svakog sloja odgovara određenom obliku proizvoda. Cijeli proces odvija se u zatvorenoj komori s inertnim plinom. Vrlo snažan laser fokusira se na metalne čestice, otapa ih i spaja zajedno. Proizvod se proizvodi slično FDM tehnologiji, vanjske i unutarnje stijenke su pune, varene stijenke, a prostor između stijenki ispunjen je prema šabloni.

SLM tehnologija koristi različite metale i legure. Glavni zahtjev je da kada se zdrobe u čestice, moraju imati određene karakteristike sipkosti. Na primjer, koriste se materijali kao što su nehrđajući čelik, alatni čelik, legure kroma i kobalta, titan i aluminij.

Metoda se koristi tamo gdje je potrebno imati dio minimalne težine, a da pritom zadrži svoje karakteristike.

Tehnologiju je patentirao Stratasys. U usporedbi s drugim tehnologijama 3D printanja, PolyJet je jedina koja omogućuje izradu modela od raznih materijala. To se postiže korištenjem jedinstvene tehnologije za ulaganje više materijala u jednom ispisnom prolazu. To vam omogućuje selektivno postavljanje različitih materijala unutar jednog proizvoda ili kombiniranje dva materijala za stvaranje kompozitnih digitalnih materijala s karakterističnim, predvidljivim svojstvima.

PolyJet proces ispisa sličan je konvencionalnom ispisu. inkjet ispis. Umjesto isporuke tinte na papir, 3D pisači ispuštaju mlazove tekućeg fotopolimera koji stvara slojeve u radnom području i fiksira ga ultraljubičasto zračenje. Stvrdnuti proizvodi mogu se odmah uzeti i koristiti, jer nije potrebno dodatno naknadno stvrdnjavanje, kao u SLA tehnologiji.

Jer Budući da se tiskanje vrši sloj po sloj, potreban je potporni materijal za dijelove koji vise. Za to se koristi gelasti pomoćni materijal koji se lako uklanja vodom ili ručno.

Tehnologija vam omogućuje stvaranje proizvoda visoke preciznosti. A zahvaljujući kombinaciji raznih materijala, karakteristike prototipa su što bliže konačnom proizvodu.

Tehnologije 3D ispisa o kojima se raspravlja u dva dijela članka nisu jedine, već su najčešće tehnologije. U sljedećem ćemo članku pogledati materijale koji se koriste u tim tehnologijama, njihove razlike i značajke.

U ovom pregledu pokušao sam na popularan način predstaviti osnovne informacije o proizvodnji metalnih proizvoda pomoću laserske aditivne proizvodnje - relativno nove i zanimljive tehnološka metoda, koja se pojavila kasnih 80-ih i sada je postala obećavajuća tehnologija za male ili pojedinačna proizvodnja u području medicine, zrakoplovne i raketne tehnike.

Princip rada laserski potpomognute aditivne proizvodne instalacije može se ukratko opisati kako slijedi. Uređaj za nanošenje i izravnavanje sloja praha skida sloj praha s hranilice i ravnomjerno ga raspoređuje po površini podloge. Nakon toga laserska zraka skenira površinu tog sloja praha i oblikuje proizvod taljenjem ili sinteriranjem. Po završetku skeniranja sloja praha platforma s proizvodom koji se izrađuje spušta se na debljinu nanesenog sloja, a platforma s prahom se podiže te se ponavlja proces nanošenja sloja praha i skeniranja. Nakon završetka procesa platforma s proizvodom se podiže i čisti od neiskorištenog praha.

Jedan od glavnih dijelova u postrojenjima za aditivnu proizvodnju je laserski sustav, koji koristi CO 2 , Nd:YAG, iterbijeva vlakna ili disk lasere. Utvrđeno je da je za zagrijavanje metala i karbida poželjno koristiti lasere valne duljine od 1-1,1 mikrona, jer oni 25-65% bolje apsorbiraju lasersko generirano zračenje. Istodobno, uporaba CO 2 lasera valne duljine 10,64 mikrona najprikladnija je za materijale poput polimera i oksidne keramike. Veći kapacitet upijanja omogućuje povećanje dubine prodiranja i mijenjanje parametara procesa unutar šireg raspona. Tipično, laseri koji se koriste u aditivnoj proizvodnji rade u kontinuiranom načinu rada. U usporedbi s njima, korištenje lasera koji rade u pulsirajućem načinu rada iu Q-sklopkom načinu rada zbog njihove visoke energije impulsa i kratkog trajanja impulsa (nanosekunde) omogućuje poboljšanje čvrstoće veze između slojeva i smanjenje zone toplinskog utjecaja. Zaključno, može se primijetiti da su karakteristike korištenih laserskih sustava unutar sljedećih granica: snaga lasera - 50-500 W, brzina skeniranja do 2 m/s, brzina pozicioniranja do 7 m/s, promjer fokusne točke - 35-400 mikrona.

Osim lasera, kao izvor zagrijavanja praha može se koristiti i zagrijavanje elektronskim snopom. Ovu opciju predložio je i implementirao Arcam u svojim instalacijama 1997. Instalaciju s elektronskim topom karakterizira odsutnost pokretnih dijelova, budući da je elektronska zraka fokusirana i usmjerena pomoću magnetsko polje i deflektorima, a stvaranje vakuuma u komori pozitivno utječe na kvalitetu proizvoda.

Jedan od važnih uvjeta aditivne proizvodnje je stvaranje zaštitne okoline koja sprječava oksidaciju praha. Za ispunjavanje ovog uvjeta koristi se argon ili dušik. Međutim, uporaba dušika kao zaštitnog plina je ograničena, što je povezano s mogućnošću stvaranja nitrida (npr. AlN, TiN u proizvodnji proizvoda od aluminija i legure titana), što dovodi do smanjenja duktilnosti materijala.

Metode laserske aditivne proizvodnje, prema karakteristikama procesa zbijanja materijala, mogu se podijeliti na selektivno lasersko sinteriranje (Selective Laser Sintering (SLS)), indirektno lasersko sinterovanje metala (IMLS), izravno lasersko sinterovanje metala (DMLS)) i selektivno lasersko sinteriranje taljenje (SLM). U prvoj opciji dolazi do zbijanja sloja praha zbog sinteriranja u čvrstoj fazi. U drugom, zbog impregnacije poroznog okvira prethodno formiranog laserskim zračenjem vezivom. Izravno lasersko sinteriranje metala temelji se na zbijanju pomoću mehanizma sinteriranja u tekućoj fazi zbog taljenja komponente niskog tališta u praškastoj smjesi. U Najnovija verzija do zbijanja dolazi zbog potpunog taljenja i širenja taline. Vrijedno je napomenuti da ova klasifikacija nije univerzalna, jer jedna vrsta procesa aditivne proizvodnje može pokazivati ​​mehanizme zbijanja koji su karakteristični za druge procese. Na primjer, DMLS i SLM mogu pokazivati ​​sinteriranje u čvrstoj fazi, što se događa sa SLS, dok SLM može pokazivati ​​sinterovanje u tekućoj fazi, što je češće s DMLS.

Selektivno lasersko sinteriranje (SLS)

Selektivno lasersko sinteriranje čvrste faze nije primljeno raširen, budući da je za potpuniju pojavu volumetrijske i površinske difuzije, viskoznog strujanja i drugih procesa koji se odvijaju tijekom sinteriranja praha potrebno relativno dugo izlaganje laserskom zračenju. To dovodi do dug rad laser i niska produktivnost procesa, što ovaj proces čini ekonomski neisplativim. Dodatno, nastaju poteškoće u održavanju procesne temperature u rasponu između tališta i temperature sinteriranja krute faze. Prednost selektivnog laserskog sinteriranja čvrste faze je mogućnost korištenja šireg spektra materijala za izradu proizvoda.

Indirektno lasersko sinteriranje metala (IMLS)

Proces, nazvan indirektno lasersko sinteriranje metala, razvio je DTMcorp iz Austina 1995. godine, koji je u vlasništvu 3D Systemsa od 2001. godine. IMLS proces koristi mješavinu praha i polimera ili praškasto presvučenu polimerom, gdje polimer djeluje kao vezivo i pruža potrebna snaga Nadalje toplinska obrada. U fazi toplinske obrade, polimer se destilira, okvir se sinterira, a porozni okvir se impregnira vezivnim metalom, što rezultira gotovim proizvodom.

Za IMLS se mogu koristiti prahovi metala i keramike ili njihove mješavine. Priprema smjese praha i polimera provodi se mehaničkim miješanjem, pri čemu je udio polimera oko 2-3% (maseni), au slučaju korištenja praha premazanog polimerom, debljina sloja na površini se mijenja. čestice je oko 5 mikrona. Kao veziva koriste se epoksidne smole, tekuće staklo, poliamidi i drugi polimeri. Temperatura destilacije polimera određena je temperaturom njegovog taljenja i razgradnje i iznosi prosječno 400-650 o C. Nakon destilacije polimera poroznost proizvoda prije impregnacije je oko 40%. Tijekom impregnacije peć se zagrijava 100-200 0 C iznad tališta materijala za impregnaciju, jer se s povećanjem temperature smanjuje kontaktni kut vlaženja i smanjuje viskoznost taline, što povoljno utječe na proces impregnacije. Obično se impregnacija budućih proizvoda provodi u zatrpavanju aluminijevim oksidom, koji igra ulogu potpornog okvira, budući da tijekom razdoblja od destilacije polimera do stvaranja jakih međučestičnih kontakata postoji opasnost od uništenja ili deformacije. proizvoda. Zaštita od oksidacije organizirana je stvaranjem inertnog ili redukcijskog okoliša u peći. Za impregnaciju možete koristiti dosta različitih metala i legura koji zadovoljavaju sljedeće uvjete. Materijal za impregnaciju mora biti karakteriziran potpunom odsutnošću ili beznačajnom međufaznom interakcijom, malim kontaktnim kutom i talištem nižim od baze. Na primjer, ako komponente međusobno djeluju, tada se tijekom procesa impregnacije mogu pojaviti nepoželjni procesi, kao što je stvaranje vatrostalnijih spojeva ili krutih otopina, što može dovesti do zaustavljanja procesa impregnacije ili negativno utjecati na svojstva i dimenzije proizvoda. Obično se bronca koristi za impregnaciju metalnog okvira, a skupljanje proizvoda je 2-5%.

Jedan od nedostataka IMLS je nemogućnost reguliranja sadržaja vatrostalne faze (osnovnog materijala) u širokom rasponu. Budući da je njegov postotak u gotovom proizvodu određen nasipnom gustoćom praha, koja, ovisno o svojstvima praha, može biti tri ili više puta manja od teorijske gustoće praškastog materijala.

Materijali i njihova svojstva korišteni za IMLS

Izravno lasersko sinteriranje metala (DMLS)

Postupak izravnog laserskog sinteriranja metala sličan je IMLS-u, ali se razlikuje po tome što se umjesto polimera koriste legure ili spojevi s niskim talištem i nema tehnološkog koraka poput impregnacije. Koncept DMLS temeljio se na Njemačka tvrtka EOS GmbH, koji je 1995. stvorio komercijalno postrojenje za izravno lasersko sinteriranje praškastih sustava čelik-nikl bronca. Proizvodnja različitih proizvoda DMLS metodom temelji se na protoku dobivene taline-veziva u šupljine između čestica pod djelovanjem kapilarnih sila. U isto vrijeme, za uspješno dovršenje procesa, praškastoj smjesi dodaju se spojevi s fosforom koji smanjuju površinsku napetost, viskoznost i stupanj oksidacije taline, čime se poboljšava močljivost. Prah koji se koristi kao vezivo obično je manje veličine od osnovnog praha, jer to povećava gustoću praškaste smjese i ubrzava proces stvaranja taline.

Materijali i njihova svojstva koje EOS GmbH koristi za DMLS

Selektivno lasersko taljenje (SLM)

Daljnja poboljšanja u pogonima za aditivnu proizvodnju uključuju mogućnost korištenja snažnijeg lasera, manji promjer žarišne točke i tanji sloj praha, što je omogućilo korištenje SLM-a za proizvodnju proizvoda od raznih metala i legura. Tipično, proizvodi dobiveni ovom metodom imaju poroznost od 0-3%.
Kao iu gore navedenim metodama (IMLS, DMLS), sposobnost vlaženja, površinska napetost i viskoznost taline igraju veliku ulogu u procesu proizvodnje proizvoda. Jedan od čimbenika koji ograničava upotrebu različitih metala i legura za SLM je učinak "zrna" ili sferoidizacija, koja se očituje u obliku formiranja kapljica koje leže odvojeno jedna od druge, a ne kontinuiranom putanjom taline. Razlog tome je površinska napetost pod čijim utjecajem talina nastoji smanjiti slobodnu površinsku energiju tvoreći oblik s minimalnom površinom, tj. lopta. U ovom slučaju uočava se Marangonijev efekt u traci taline koji se očituje u obliku konvektivnih strujanja zbog gradijenta površinske napetosti u funkciji temperature, a ako su konvektivna strujanja dovoljno jaka traka taline se dijeli na pojedinačne kapi. Također, kapljica taline, pod utjecajem površinske napetosti, uvlači obližnje čestice praha, što dovodi do stvaranja jamice oko kapi i, u konačnici, do povećanja poroznosti.

Sferoidizacija čelika M3/2 u neoptimalnim uvjetima SLM

Učinak sferoidizacije također je olakšan prisutnošću kisika, koji, otapajući se u metalu, povećava viskoznost taline, što dovodi do pogoršanja širenja i močivosti taline ispod temeljnog sloja. Zbog gore navedenih razloga nije moguće dobiti proizvode od metala poput kositra, bakra, cinka i olova.

Vrijedno je napomenuti da je stvaranje visokokvalitetne trake taline povezano s traženjem optimalnog raspona parametara procesa (snage laserskog zračenja i brzine skeniranja), koji je obično prilično uzak.

Utjecaj parametara SLM zlata na kvalitetu oblikovanih slojeva

Drugi čimbenik koji utječe na kvalitetu proizvoda je pojava unutarnjih naprezanja, čija prisutnost i veličina ovisi o geometriji proizvoda, brzinama zagrijavanja i hlađenja, koeficijentu toplinskog rastezanja, faznim i strukturnim promjenama u metalu. Značajna unutarnja naprezanja mogu dovesti do deformacije proizvoda i stvaranja mikro- i makropukotina.

Djelomično smanjiti Negativan utjecaj Gore navedeni čimbenici mogu se postići upotrebom grijaćih elemenata, koji se obično nalaze unutar instalacije oko supstrata ili hranilice s prahom. Zagrijavanje praha također uklanja adsorbiranu vlagu s površine čestica i time smanjuje stupanj oksidacije.

Kod selektivnog laserskog taljenja metala kao što su aluminij, bakar, zlato važno je pitanje njihove visoke refleksije, što zahtijeva korištenje snažnog laserskog sustava. Ali povećanje snage laserske zrake može negativno utjecati na točnost dimenzija proizvoda, budući da će se s pretjeranim zagrijavanjem prah rastopiti i sinterirati izvan laserske točke zbog izmjene topline. Velika snaga lasera također može dovesti do promjena kemijski sastav kao rezultat isparavanja metala, što je osobito tipično za legure koje sadrže komponente s niskim talištem i imaju visok tlak pare.

Mehanička svojstva materijala dobivenih SLM metodom (EOS GmbH)

Ako proizvod dobiven jednom od gore navedenih metoda ima zaostalu poroznost, tada se, ako je potrebno, koriste dodatne tehnološke operacije za povećanje njegove gustoće. U tu svrhu koriste se metode metalurgije praha - sinteriranje ili toplo izostatičko prešanje (HIP). Sinteriranje vam omogućuje uklanjanje zaostale poroznosti i povećanje fizičkih i mehaničkih svojstava materijala. Treba naglasiti da su oblikovana svojstva materijala tijekom procesa sinterovanja određena sastavom i prirodom materijala, veličinom i brojem pora, prisutnošću nedostataka i drugim brojnim čimbenicima. HIP je proces u kojem se izradak smješten u plinostat zbija pod utjecajem visoke temperature i kompresije inertnim plinom. Radni tlak i maksimalna temperatura koju postiže plinostat ovise o njegovoj izvedbi i volumenu. Na primjer, plinostat s radnom komorom dimenzija 900x1800 mm može razviti temperaturu od 1500 o C i tlak od 200 MPa. Korištenje HIP-a za uklanjanje poroznosti bez upotrebe hermetičke ljuske moguće je ako poroznost nije veća od 8%, budući da će pri višoj vrijednosti plin ući u proizvod kroz pore, čime se sprječava zbijanje. Prodiranje plina u proizvod moguće je spriječiti izradom zatvorenog čeličnog omotača koji prati oblik površine proizvoda. Međutim, proizvodi proizvedeni aditivnom proizvodnjom općenito imaju složene oblike, što onemogućuje proizvodnju takve ljuske. U tom slučaju za zbijanje se može koristiti vakumirana posuda u kojoj se proizvod nalazi u granuliranom mediju (Al 2 O 3, BN hex, grafit), koji prenosi pritisak na stijenke proizvoda.

Nakon aditivne proizvodnje metodom SLM, materijale karakterizira anizotropija svojstava, povećana čvrstoća i smanjena duktilnost zbog prisutnosti zaostalih naprezanja. Za uklanjanje zaostalih naprezanja, postizanje ravnotežnije strukture i povećanje viskoznosti i plastičnosti materijala, provodi se žarenje.

Prema dolje navedenim podacima može se primijetiti da su proizvodi dobiveni selektivnim laserskim taljenjem u nekim slučajevima čvršći od lijevanih za 2-12%. To se može objasniti malom veličinom zrna i mikrostrukturnih komponenti koje nastaju kao rezultat brzog hlađenja taline. Brzo superhlađenje taline značajno povećava broj jezgri čvrste faze i smanjuje njihovu kritičnu veličinu. Istodobno, brzorastući kristali na jezgri, dolazeći u dodir jedni s drugima, počinju ometati njihov daljnji rast, tvoreći tako fino zrnatu strukturu. Jezgre kristalizacije obično su nemetalne inkluzije mjehurići plina ili čestice oslobođene iz taline sa svojom ograničenom topljivošću u tekućoj fazi. I u opći slučaj, prema Hall-Petchevoj relaciji, smanjenjem veličine zrna povećava se čvrstoća metala zbog razvijene mreže granica zrna, što je učinkovita prepreka kretanju dislokacija. Treba napomenuti da se zbog različitog kemijskog sastava legura i njihovih svojstava, uvjeta za izvođenje SLM-a, navedene pojave koje se javljaju tijekom hlađenja taline manifestiraju različitim intenzitetom.

Mehanička svojstva materijala dobivenih SLM i lijevanjem

Naravno, to ne znači da su proizvodi dobiveni selektivnim laserskim topljenjem bolje proizvode dobivenih tradicionalnim metodama. Zbog velike fleksibilnosti tradicionalnih metoda proizvodnje proizvoda, svojstva proizvoda mogu se mijenjati u širokim granicama. Na primjer, korištenjem metoda kao što su promjena temperaturnih uvjeta kristalizacije, legiranje i uvođenje modifikatora u talinu, toplinski ciklus, metalurgija praha, termomehanička obrada itd., moguće je postići značajno povećanje svojstva čvrstoće metali i legure.

Posebno je zanimljivo korištenje ugljični čelik za aditivnu proizvodnju, kao jeftin i vrlo složen mehanička svojstva materijal. Poznato je da se s povećanjem sadržaja ugljika u čeliku poboljšava njegova fluidnost i sposobnost vlaženja. Zahvaljujući tome, moguće je dobiti jednostavne proizvode koji sadrže 0,6-1% C s gustoćom od 94-99%, dok je u slučaju korištenja čistog željeza gustoća oko 83%. U procesu selektivnog laserskog taljenja ugljičnog čelika, put taline se, kada se brzo ohladi, gasi i temperi u strukturu troostita ili sorbitola. Istodobno, zbog toplinskih naprezanja i strukturnih transformacija, u metalu mogu nastati značajna naprezanja koja dovode do oštećenja proizvoda ili stvaranja pukotina. Važna je i geometrija proizvoda, budući da oštri prijelazi duž poprečnog presjeka, mali polumjeri zakrivljenosti i oštri rubovi uzrokuju stvaranje pukotina. Ako nakon "tiskanja" čelik nema zadanu razinu mehaničkih svojstava i mora biti podvrgnut dodatnoj toplinskoj obradi, tada će biti potrebno uzeti u obzir prethodno navedena ograničenja na oblik proizvoda kako bi se izbjeglo pojava nedostataka stvrdnjavanja. To u određenoj mjeri smanjuje izglede korištenja SLM-a za ugljične čelike.
Kod proizvodnje proizvoda tradicionalnim metodama, jedan od načina da se izbjegnu pukotine i izbočine pri kaljenju proizvoda složenog oblika je uporaba legiranih čelika, u kojima legirajući elementi, osim što povećavaju mehaničku i fizička i kemijska svojstva, odgađaju transformaciju austenita tijekom hlađenja, zbog čega se smanjuje kritična brzina otvrdnjavanja i povećava prokaljivost legiranog čelika. Zbog niske kritične brzine kaljenja, čelik se može zagrijavati u ulju ili na zraku, čime se smanjuje razina unutarnjih naprezanja. Međutim, zbog brzog odvođenja topline, nemogućnosti reguliranja brzine hlađenja i prisutnosti ugljika u legiranom čeliku, ova tehnika ne izbjegava pojavu značajnih unutarnjih naprezanja tijekom selektivnog laserskog taljenja.

U vezi s navedenim značajkama za SLM se koriste martenzitni čelici (MS 1, GP 1, PH 1) kod kojih se ojačanje i povećana tvrdoća postižu oslobađanjem dispergiranih intermetalnih faza tijekom toplinske obrade. Ovi čelici sadrže malu količinu ugljika (stotinke postotka), zbog čega je martenzitna rešetka nastala tijekom brzog hlađenja karakterizirana niskim stupnjem izobličenja i, posljedično, ima nisku tvrdoću. Niska tvrdoća i visoka plastičnost martenzita osigurava popuštanje unutarnjih naprezanja tijekom kaljenja, a visok sadržaj legiranih elemenata omogućuje kalciniranje čelika do velike dubine pri gotovo bilo kojoj brzini hlađenja. Zahvaljujući tome, SLM se može koristiti za proizvodnju i toplinsku obradu složeni proizvodi bez straha od pucanja ili savijanja. Osim maraging čelika mogu se koristiti i neki austenitni čelici. nehrđajući čelici npr. 316L.

Zaključno, može se primijetiti da su napori znanstvenika i inženjera sada usmjereni na detaljnije proučavanje utjecaja procesnih parametara na strukturu, mehanizam i značajke zbijanja različitih materijala pod utjecajem laserskog zračenja u cilju poboljšanja mehanička svojstva i povećanje raspona materijala prikladnih za lasersku aditivnu proizvodnju.

Nastavljamo vas upoznavati s raznim tehnologijama 3D printanja. Sljedeći na redu je SLM.

SLM ili Selektivno lasersko taljenje je jedinstvena aditivna metoda koja uključuje stvaranje različitih proizvoda pomoću laserskog taljenja metalnog praha prema određenim CAD modelima. Tijekom rada koriste se samo laseri velike snage.

SLM strojevi pomažu u rješavanju složenih problema u industrijska poduzeća, specijalizirana za proizvodnju strojeva u sektoru zrakoplovstva, energetike, strojarstva i izrade instrumenata.

Osim toga, takve se instalacije koriste u institutima, projektnim biroima, kao iu procesu istraživanja i eksperimentalnog rada.

Tehnologija

Proces 3D ispisa počinje ovako: trodimenzionalni digitalni model dijeli se na slojeve tako da se za svaki može stvoriti dvodimenzionalna slika. Debljina sloja varira od 20 do 100 mikrona.

Datoteka koja sadrži sve parametre šalje se posebnom softveru stroja koji analizira podatke pomoću tehničkih mogućnosti uređaja. Kao rezultat toga počinje izgradnja proizvoda.

Ciklus stvaranja svakog sloja sastoji se od tri faze:

• nanošenje sloja praha na radnu ploču;
• lasersko skeniranje poprečnog presjeka sloja;
• spuštanje ploče na dubinu bušotine, koja odgovara debljini sloja.

Konstrukcija bilo kojeg objekta odvija se u radnoj komori SLM pisača. Potpuno je ispunjen inertnim plinom: argonom ili dušikom. Izbor plina ovisi o materijalu od kojeg je prah napravljen.

Po završetku izrade, proizvod se s radnom pločom vadi iz stroja, mehanički odvaja i vrši naknadna obrada.

Prednosti selektivnog laserskog taljenja

Ova metoda je toliko univerzalna da snage ima tu više nego što se na prvi pogled može činiti:

• izrada objekata složenih geometrijskih oblika s unutarnjim šupljinama i konformnim rashladnim kanalima;
• proizvodnja proizvoda bez skupe opreme;
• dobiveni proizvodi su lagani;
• ušteda na potrošnom materijalu za ispis;
• mogućnost ponovne uporabe praha nakon faze prosijavanja.

Primjena

Metoda selektivnog laserskog taljenja može se koristiti u procesu proizvodnje proizvoda za rad u sastavu različitih komponenti i sklopova, konstrukcije složenih geometrijskih struktura i oblikovanja elemenata kalupa za lijevanje termoplasta, individualnih proteza i implantata za stomatologiju, kao i izrada pečata.

Potrošni materijal

Najčešće se kao potrošni materijal koriste prahovi od metala i legura kao što su nehrđajući čelik, alatni čelik, legure kobalta, kroma i titana, aluminija, zlata, srebra i platine.

Pretplatite se na vijesti o 3D Print Expo 2017

SLM tehnologija - sloj-po-sloj laserskog taljenja metalnog praha - jedna je od metoda aditivne proizvodnje proizvoda, koja aktivno dobiva na zamahu u posljednjih 10 godina. Danas je proizvodnim radnicima već dosta dobro poznat. Ova tehnologija ima puno prednosti, ali ipak, kada se koristi oprema koja se temelji na njoj, ne prestaje zadiviti novim mogućnostima. Lider u proizvodnji opreme za ovu tehnologiju je njemačka tvrtka SLM Solutions.

Nedavno ga u Ukrajini predstavlja zajedničko ulaganje Stan-Komplekt.

Tehnologija selektivnog laserskog taljenja (SLM) moćno je proizvodno rješenje za tvrtke koje zahtijevaju brzu i visokokvalitetnu proizvodnju proizvoda od različitih metala.

SLM instalacije sada se aktivno koriste u većini različitim područjima industrija za izradu master modela, kalupnih umetaka, prototipnih dijelova, gotovih proizvoda od nehrđajućeg i alatnog čelika s prisutnošću kobalta, kroma i nikla, kao i od aluminija, titana i dr.

Tvrtka SLM Solutions utemeljitelj je SLM tehnologije (patenti od 1998.) i jedan od svjetskih lidera u proizvodnji opreme temeljene na njoj.

Sjedište tvrtke i proizvodni pogoni nalaze se u Lübecku (Njemačka).

SLM tehnologija

SLM tehnologija je napredna metoda proizvodnje metalnih proizvoda putem sloj-po-sloja laserskog taljenja metalnog praha na temelju trodimenzionalnih podataka računalnog dizajna. Time se značajno smanjuje vrijeme proizvodnje proizvoda, jer nestaje potreba za mnogim međuoperacijama. Proces uključuje uzastopno taljenje vrlo tankih slojeva metalnog praha pomoću modernih lasera s vlaknima, čime se dio izgrađuje sloj po sloj. Korištenjem ove tehnologije izrađuju se precizni i homogeni metalni proizvodi. Koristeći najširi raspon kvalitetnih metala i legura u prahu, SLM tehnologija nudi proizvodne mogućnosti bez presedana metalni dijelovi industrijska namjena sa značajnim prednostima: složenost oblika, minimalna debljina stjenke, kombinacija materijala različitih gustoća, nedostatak naknadne obrade, bezotpadnost, isplativost itd. Softver, koji se isporučuje u kompletu s instalacijama, ima otvorenu arhitekturu, što također proširuje mogućnosti ove opreme.

Princip rada SLM instalacija:

• za preliminarnu obradu podataka u CAD sustavu dobivaju se presjeci 3D modela s minimalnim korakom;
• prah se dovodi iz automatskog uređaja na grijanu radnu platformu, zatim se raspoređuje po ravnini u tankom sloju u dva smjera;
• moderni laseri od stakloplastike tope segment svakog sloja u skladu s konfiguracijom poprečnog presjeka dijela u određenim koordinatama (2D datoteka).

U ovom slučaju, svaki sljedeći sloj se spaja na prethodni, što osigurava homogenost strukture proizvoda.

Ovaj postupak se ponavlja sve dok se dobiveni proizvod točno ne podudara s CAD modelom. Neotopljeni metalni prah uklanja se u posebnu komoru i zatim ponovno koristi.

Prednosti SLM instalacija

SLM Solutions linija opreme za lasersko sinteriranje koristi brojne jedinstvene, patentom zaštićene komponente i tehnologije:

MULTILASER— istodobna uporaba dva ili više (do 4) lasera.

Omogućuje vam postizanje 400% povećanja produktivnosti u usporedbi sa strojevima opremljenim jednim laserom;

JEDINSTVENA TEHNOLOGIJA DUAL BEAM(Hull-Core). Korištenje dvaju različitih lasera (400 i 1000 W) omogućuje još brže i kvalitetnije sinteriranje. Tamo gdje je potrebna maksimalna preciznost, instalacija koristi tanju lasersku zraku, a za povećanje brzine u jednostavnim područjima povećavaju se njegova snaga i promjer;

DISTRIBUCIJA PRAHA U DVA SMJERA ODMAH. Inovativno rješenje SLM Solutions omogućuje vam smanjenje vremena ispisa proizvoda za pola;

VELIKE KAMEREvelike veličine fotoaparata. Strojevi za lasersko sinteriranje dizajnirani su za proizvodnju dijelova do veličine 500 × 280 × 365 mm (podaci od srpnja 2016.). U jednoj sesiji možete uzgojiti jedan veliki proizvod ili nekoliko malih;

VELIKA BRZINA I PRECIZNOST PROIZVODNJE: Oprema SLM Solutions sposobna je proizvesti do 105 cm 3 gotovih metalnih proizvoda na sat. To je 1,5-2 puta više od instalacija ove klase drugih proizvođača. Istodobno, minimalna debljina stijenke je samo 180 mikrona. Uz to, sustavi praćenja procesa izgradnje i kontrole kvalitete osiguravaju visok stupanj upravljivosti cjelokupnog proizvodnog ciklusa;

ŠIROK IZBOR MATERIJALA: nehrđajući čelik, alatni čelik, legure na bazi nikla, aluminij, titan. Najpouzdaniji, provjereni i svestrani materijali. Zahvaljujući otvorenoj softverskoj arhitekturi, možete koristiti metalni prah bilo kojeg proizvođača, bez dodatnih troškova rekonfiguracije;

POSEBAN SOFTVER. Laserski strojevi za taljenje SLM Solutions isporučuju se zajedno s posebnim softverom - SLM AutoFabMC. Ne samo da pojednostavljuje proces 3D ispisa, već također omogućuje maksimalnu optimizaciju proizvodni procesi, smanjiti vrijeme izgradnje i uštedjeti potrošni materijal. Softver vam omogućuje rad s najčešće korištenim formatima podataka u proizvodnom okruženju.

Glavni potrošači

Zrakoplovna industrija

LBM/SLM tehnologija koristi se za izradu funkcionalnih proizvoda koji rade pod visokim opterećenjima, ekstremnim temperaturama iu agresivnom okruženju. Ova tehnologija vam omogućuje rad s širok raspon metalni praškasti sastavi: nehrđajući i alatni čelici, aluminij, titan, nikal, kobalt-krom, legure bakra i mnogi drugi.

Selektivna laserska fuzija metalnog praha događa se djelovanjem snažnog lasera (po izboru, oprema može biti opremljena s 2-4 lasera), sposobnog rastopiti sferne granule na mjestu svoje projekcije. Kontrolira rad instalacije i cjelokupni proces na računalu na kojem se vrši preuzimanje matematički model prolazi kroz nekoliko faza pripreme uz izradu potpornih struktura, trajektorija i tehnika skeniranja zraka za svaki generirani sloj modela, postavke tehnološki proces za rad s jednim ili drugim odabranim materijalom itd.

Brisač ili valjak pisača nanosi prah na površinu platforme, a ugrađeni laser selektivno topi duž unaprijed određene putanje. Kad završi puni ciklus tiskanja, proizvod s platformom stavlja se u pećnicu za smanjenje unutarnjih naprezanja, nakon čega se platforma i nosači pažljivo odvajaju od proizvoda, operacije vibracija ili pjeskarenja daju površini glatki izgled (tehnološki nedostaci povezani sa slojevitom strukturom i hrapavošću eliminiraju se), obradom metala ili korištenjem opreme za obradu metala s CNC-om dovode kritične površine do kvalitete potrebne prema dokumentaciji crteža.

Povratak