Главная
/
Блог
/
Все о 3D–печати металлом по технологии SLM. Подробное руководство
11.08.2022

Все о 3D–печати металлом по технологии SLM. Подробное руководство

На данный момент селективное лазерное плавление (SLM) является самой распространенной технологией 3D-печати металлами, на нее приходится более 80% рынка металлических 3D-принтеров. В этой статье рассмотрим, как работает эта технология и в чем ее преимущества и недостатки по сравнению с традиционными методами изготовления металлических изделий.

Существует разная терминология для обозначения печати по технологии SLM. Помимо SLM, существует прямое лазерное спекание металла (DMLS), прямое лазерное плавление металла (DMLM), лазерное сплавление металла (LMF), лазерное наплавление и лазерное плавление порошкового слоя (LPBF) и другие. Такое разнообразие терминов вызывает вопрос: в чем разница между ними?
Вы будете удивлены, узнав, что никакой разницы нет.

Печать металлом,3дпечать металлом,3d печать металлом,печать сталью,3д печать сталью 3d печать сталью,печать металлом на заказ,3д печать на заказ,лазерное спекание,лазерное спекание на заказ,slm на заказ,заказать slm

Что такое SLM?

Чтобы получить окончательное представление об этой технологии, стоит вспомнить об одном из ее изобретателей — Вильгельме Майнерсе.

Чуть более 20 лет назад Майнерс и его коллеги Курт Виссенбах и Андрес Гассер разработали и запатентовали эту технологию, работая в Институте Фраунгофера в Германии.

Печать металлом,3дпечать металлом,3d печать металлом,печать сталью,3д печать сталью 3d печать сталью,печать металлом на заказ,3д печать на заказ,лазерное спекание,лазерное спекание на заказ,slm на заказ,заказать slm

По словам Майнерса, официальное название технологии – «laser powder bed fusion» (плавление лазерного порошкового слоя) или LPBF.

«Различные названия процесса LPBF обусловлены историческими причинами», — говорит он. «Сначала каждый производитель оборудования создавал свое собственное название для одной и той же технологии и сохранял его до сегодняшнего дня». Другие термины являются просто фирменными наименованиями одной и той же технологии.

К примеру, немецкий производитель 3D-принтеров EOS придумал термин DMLS, «прямое лазерное спекание металла», и до сих пор использует его. Это не совсем правильное название, поскольку металлический порошок расплавляется, а не спекается, но видимо эта разница была упущена при переводе.

SLM, самый популярный термин, является торговой маркой производителя принтеров SLM Solutions. Concept Laser называли этот процесс «laser cusing» (лазерное отверждение), но после того, как GE Additive приобрела компанию в 2016 году, они сменили название на DMLM, «direct metal laser melting» (прямое лазерное плавление металла). Производитель принтеров Trumpf любит использовать термин «laser metal fusion» (лазерное плавление металла), в то время как 3D Systems использует «direct metal printing» (прямая печать на металле).

В статье мы будем придерживаться наиболее распространенного названия SLM.

Несмотря на запутанную терминологию, SLM является одной из самых интересных технологий 3D-печати. Она используется во многих отраслях промышленности для быстрого прототипирования, изготовления специальных деталей и массового производства из богатого разнообразия металлов.

Как Работает SLM?

Печать металлом,3дпечать металлом,3d печать металлом,печать сталью,3д печать сталью 3d печать сталью,печать металлом на заказ,3д печать на заказ,лазерное спекание,лазерное спекание на заказ,slm на заказ,заказать slm

В SLM 3D-принтерах используются мощные лазеры для селективного расплавления металлического порошка. Расплавленные элементы сплавляются вместе слой за слоем на молекулярной основе до тех пор, пока не будет получена однородная модель.

Можно использовать «чистые» металлические материалы или сплавы. К самым распространенным материалам для селективного плавления относятся:

— Алюминий

— Кобальт Хром

— Медь

— Никель (Инконель)

— Нержавеющая и инструментальная сталь

— Титан

— Драгоценные металлы

Как и в родственной, аналогично работающей технологии селективного лазерного спекания (SLS) для пластмасс, здесь возможна печать без поддержек. Уплотненный порошок на печатной платформе обеспечивает поддержку модели во время процесса печати.

Однако из-за высоких температурных перепадов между расплавленной деталью и окружающим порошком может возникать давление, вызывающее деформацию и искривление. Поэтому часто требуются поддержки для отвода тепла из критических зон и надежного крепления детали к платформе. Общее эмпирическое правило заключается в том, что необходимо поддерживать выступы или полые конструкции под углом от 0 до 45 градусов.

В 3D-принтере SLM используется металлическое сырье в виде порошка. Принтер выталкивает порошок в камеру, где специальное лезвие (похожее на стеклоочиститель) или валик распределяют его тонким слоем по печатной платформе.

Затем мощный лазер плавит двумерный срез детали путем селективного расплавления порошкообразного материала. Платформа опускается на высоту одного слоя, и валик распределяет по поверхности еще один слой свежего порошка. Принтер повторяет эти действия до тех пор, пока вы не получите готовую деталь.

Некоторые принтеры имеют двунаправленные валики, которые могут выталкивать порошок на слой, перемещаясь в обе стороны, ускоряя процесс нанесения порошка до 40%. Другой способ, которым производители SLM-принтеров ускоряют печать, — это использование более мощных или нескольких лазеров.

Небольшой, компактный SLM-принтер может иметь один 30-ваттный лазер. По мере увеличения размеров устройства растет и мощность лазеров или количество лазеров в одну матрицу. Например, AddUp FormUp 350 оснащен четырьмя 500-ваттными лазерами, в то время как SLM Solutions NXG XII 600 использует в общей сложности 12 лазеров, каждый мощностью 1000 Вт.

Печать металлом,3дпечать металлом,3d печать металлом,печать сталью,3д печать сталью 3d печать сталью,печать металлом на заказ,3д печать на заказ,лазерное спекание,лазерное спекание на заказ,slm на заказ,заказать slm

В зависимости от применения, при выборе SLM 3D-принтера нужно учитывать мощность лазера, диаметр лазерного луча, скорость сканирования, возможную толщину слоя (от 20 до 120 мкм), стратегию охлаждения детали и другие особенности, которые отличаются друг от друга у разных брендов и моделей.

Процесс SLM-печати происходит в контролируемой атмосфере внутри устройства, что означает, что камеру заполняет инертный газ (азот или аргон).

Как только деталь будет напечатана, ее можно извлечь из принтера после охлаждения. Для охлаждения крупных деталей может потребоваться не один час, и только после этого можно будет приступить к обработке.

Металлический порошок, который не был расплавлен, впоследствии собирается и повторно используется для дальнейших печатей. Напечатанные детали обычно отделяются от платформы механической обработкой или проволочной эрозией.

Если деталь печаталась с поддержками, необходимо их удалить. Поскольку в SLM-принтерах не используются специальные материалы для поддержек, это может быть сложным и трудоемким процессом.

Поверхность готовой детали после печати шероховатая, и, в зависимости от ваших целей, может потребоваться последующая обработка, чтобы получить гладкую и блестящую модель. Также постобработка может потребоваться для выступов, отверстий и пр.

Печать металлом,3дпечать металлом,3d печать металлом,печать сталью,3д печать сталью 3d печать сталью,печать металлом на заказ,3д печать на заказ,лазерное спекание,лазерное спекание на заказ,slm на заказ,заказать slm

Плюсы и минусы 3D-печати по технологии SLM

SLM, как и любая другая технология, имеет свои сильные и слабые стороны.

Плюсы SLM-печати:

  • Большой ассортимент доступных металлов
  • Возможность реализации сложных форм или внутренних конструкций. Доступна печать без поддержек
  • Сокращение общего времени выполнения заказа благодаря отсутствию необходимости механической обработки
  • Консолидация деталей, позволяющая операторам создавать ранее многокомпонентные модели в виде одной печати
  • Сокращение отходов за счет аддитивного производства и утилизации порошка
  • Возможность сокращения постоянных запасов за счет быстрого производства при необходимости
  • Потенциал для массового изготовления деталей на заказ

Минусы SLM-печати:

  • Высокая стоимость. Все SLM 3D-принтеры стоят десятки тысяч долларов.
  • Стоимость одной детали может быть намного выше по сравнению с традиционными методами производства
  • Иногда детали требуют последующей обработки, такой как удаление порошка, удаление поддержек и шлифование поверхности
  • Размер моделей в настоящее время ограничен одним метром в высоту
  • Лазеры потребляют много энергии

Печать металлом,3дпечать металлом,3d печать металлом,печать сталью,3д печать сталью 3d печать сталью,печать металлом на заказ,3д печать на заказ,лазерное спекание,лазерное спекание на заказ,slm на заказ,заказать slm

SLM в сравнении с традиционным производством

Один из наиболее распространенных вопросов о 3D-печати металлом заключается в том, насколько прочность и долговечность деталей сопоставимы с традиционными методами изготовления металлических изделий.

Ник Эсток, менеджер по продукту AddUp, французского производителя металлических 3D-принтеров, объясняет, что SLM может производить детали с механическими свойствами, аналогичными традиционному производству. Однако есть некоторые предостережения.

“Традиционное производство начинается с базового материала с известными механическими свойствами с помощью контролируемых процессов. В аддитивном производстве, включая SLM, материал создается одновременно с деталью. Этот процесс принципиально отличается от традиционных методов изготовления”, — говорит Эсток.

Дональд Годфри, глобальный директор по развитию бизнеса в области авиации и обороны в SLM Solutions объясняет, что при SLM-печати создаются детали, которые имеют меньшую микроструктуру, чем литые металлические. Это придает им более высокие свойства при растяжении, но литые детали в настоящее время все еще прочнее.

Печать металлом,3дпечать металлом,3d печать металлом,печать сталью,3д печать сталью 3d печать сталью,печать металлом на заказ,3д печать на заказ,лазерное спекание,лазерное спекание на заказ,slm на заказ,заказать slm

«Как правило, технология SLM используется для замены литья деталей. В уникальных случаях печатные изделия могут заменить ковку», — добавляет он.

Профессионалы считают, что свойства деталей, напечатанных на SLM-принтере могут соответствовать или даже превосходить свойства изделий, созданных традиционным способом, но это зависит от нескольких условий, таких как вид металла (сталь, алюминий, титан и т.д.), последующий процесс (термообработка, горячее изостатическое прессование и т.д.), традиционный производственный процесс, с которым вы его сравниваете (литье, ковка и т.д.), А также конкретные свойства детали (прочность при статической нагрузке, высокая циклическая усталость, ползучесть и т.д.).

Где можно заказать 3D-печать металлом по технологии SLM?

Если у вас нет собственного SLM-принтера, вы можете обратиться в Инновационный центр 3D-печати Best3DPrint. У нас вы можете заказать как услугу под ключ, от моделирования до получения готового изделия, так и только постобработку. Наш центр осуществляет доставку готовых изделий по всей России. Печать металлических изделий осуществляется 2-мя способами: на SLM-принтере SLM Solutions 280, а также с помощью инновационной системы Raise3D Metalfuse. Если у вас есть вопросы или требуется консультация, пишите нам на почту info@best3dprint.ru или звоните по телефону +7 (916) 614-15-71.