Selektívne laserové tavenie (SLM) je pokročilá technológia 3D tlače kovov, ktorá spôsobila revolúciu vo výrobnom priemysle tým, že umožnila výrobu zložitých, vysokovýkonných dielov s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami. Jedným z kritických aspektov, ktorý sa často týka výrobcov a koncových užívateľov, je povrchová úprava dielov vyrábaných SLM. V tomto blogu sa ako dodávateľ SLM ponorím do toho, aká je povrchová úprava dielov vyrobených SLM, jej ovplyvňujúce faktory a spôsoby, ako ju zlepšiť.
Pochopenie povrchovej úpravy dielov vyrobených SLM
Povrchová úprava dielov vyrábaných SLM sa vzťahuje na kvalitu vonkajšieho povrchu dielu. Vyznačuje sa parametrami ako drsnosť povrchu, zvlnenie a prítomnosť povrchových defektov. Na rozdiel od tradičných výrobných metód, SLM vyrába diely vrstvu po vrstve selektívnym tavením kovového prášku pomocou vysokoenergetického laserového lúča. Tento proces po vrstvách zanecháva na povrchu dielu zreteľné stopy, čo vedie k jedinečnej povrchovej štruktúre.
Povrch dielov SLM má zvyčajne relatívne drsný povrch. Drsnosť sa môže pohybovať od desiatok do stoviek mikrometrov v závislosti od rôznych faktorov. Táto drsnosť je spôsobená hlavne povahou procesu tavenia prášku. Počas SLM roztavený kov rýchlo tuhne a nepravidelnosti v časticiach prášku a proces tuhnutia prispievajú k drsnosti povrchu. Čiastočne roztavené častice prášku môžu napríklad priľnúť k povrchu a vytvárať malé hrbolčeky a výčnelky.
Faktory ovplyvňujúce povrchovú úpravu dielov SLM
1. Charakteristika prášku
Vlastnosti kovového prášku používaného v SLM majú významný vplyv na povrchovú úpravu. Veľkosť, tvar a distribúcia častíc zohrávajú rozhodujúcu úlohu. Jemné častice prášku vo všeobecnosti vedú k hladšiemu povrchu, pretože sa dajú ľahšie roztaviť a spojiť. Sférické častice prášku majú tiež tendenciu produkovať lepšiu kvalitu povrchu v porovnaní s časticami nepravidelného tvaru, pretože počas procesu nanášania prášku prúdia rovnomernejšie, čím sa znižuje pravdepodobnosť dutín a povrchových defektov.
2. Procesné parametre
Procesné parametre SLM, ako je výkon lasera, rýchlosť skenovania, hrúbka vrstvy a rozstup šrafovania, priamo ovplyvňujú povrchovú úpravu. Vyšší výkon lasera môže zabezpečiť úplné roztavenie prášku, ale môže tiež spôsobiť nadmerné teplo, čo vedie k zhlukovaniu a nepravidelnostiam povrchu. Správna rovnováha medzi výkonom lasera a rýchlosťou skenovania je nevyhnutná na dosiahnutie dobrej povrchovej úpravy. Nižšia rýchlosť skenovania umožňuje viac času, aby sa roztavený kov rovnomerne rozšíril a stuhol, čo môže zlepšiť kvalitu povrchu. Príliš nízka rýchlosť skenovania však môže zvýšiť čas výroby a spotrebu energie.
Ďalším dôležitým parametrom je hrúbka vrstvy. Tenšie vrstvy zvyčajne vedú k hladšej povrchovej úprave, pretože znižujú schodovitý efekt medzi vrstvami. Rozstup šrafov, čo je vzdialenosť medzi susednými laserovými skenovacími čiarami, tiež ovplyvňuje drsnosť povrchu. Menší rozstup šrafov môže viesť k súvislejšiemu a hladšiemu povrchu, ale tiež zvyšuje čas spracovania.
3. Geometria časti
Geometria tlačeného dielu môže tiež ovplyvniť povrchovú úpravu. Napríklad presahujúce štruktúry sú náročnejšie na tlač s dobrou povrchovou úpravou. Bez správnych podporných štruktúr môže roztavený kov v previsnutých oblastiach počas tuhnutia klesať alebo klesať, čo má za následok drsné a nerovné povrchy. Zložité geometrie s vnútornými kanálmi a dutinami môžu tiež predstavovať ťažkosti pri dosiahnutí jednotnej povrchovej úpravy v dôsledku obmedzeného prístupu pre následné spracovanie.
Metódy na zlepšenie povrchovej úpravy dielov SLM
1. Post-processingové techniky
- Obrábanie: Tradičné metódy obrábania ako frézovanie, sústruženie a brúsenie možno použiť na zlepšenie povrchovej úpravy dielov SLM. Opracovanie môže odstrániť drsnosť povrchu a dosiahnuť vysoko presnú povrchovú úpravu. Nemusí však byť vhodný pre diely so zložitými geometriami alebo vnútornými prvkami, ktoré sú ťažko dostupné.
- Leštenie: Leštenie je bežnou post-procesnou metódou na zlepšenie povrchovej úpravy SLM dielov. Mechanické leštenie, chemické leštenie a elektrochemické leštenie sú všetky realizovateľné možnosti. Mechanické leštenie využíva abrazívne materiály na odstránenie povrchovej vrstvy a vyhladenie povrchu. Chemické a elektrochemické leštenie sa spolieha na chemické reakcie na rozpustenie povrchového materiálu a vytvorenie hladkého povrchu.
- Očkovanie: Brokovanie zahŕňa bombardovanie povrchu dielu malými guľovitými časticami pri vysokej rýchlosti. Tento proces môže zlepšiť povrchovú úpravu vyrovnaním nerovností povrchu a vyvolaním tlakového napätia, ktoré môže zvýšiť odolnosť dielu proti únave.
2. Optimalizácia parametrov procesu
Starostlivým nastavením parametrov procesu SLM je možné zlepšiť povrchovú úpravu už pri samotnom procese tlače. To si vyžaduje dôkladné pochopenie vlastností materiálu a interakcie medzi laserom a práškom. Napríklad znížením hrúbky vrstvy a optimalizáciou výkonu lasera a rýchlosti skenovania možno výrazne znížiť drsnosť povrchu.
3. Optimalizácia dizajnu
Návrh dielu s ohľadom na proces SLM môže tiež pomôcť zlepšiť povrchovú úpravu. V prípade previsnutých konštrukcií by mali byť navrhnuté vhodné nosné konštrukcie, aby sa zabezpečilo riadne stuhnutie a zabránilo sa prehýbaniu. Okrem toho, vyhýbanie sa ostrým rohom a hranám môže znížiť pravdepodobnosť koncentrácie napätia a povrchových defektov.
Porovnanie s inými technológiami 3D tlače
Pri porovnávaní povrchovej úpravy dielov SLM s inými technológiami 3D tlače je dôležité všímať si rozdiely. Napríklad vĽahké nylonové potrubie na 3D tlač MJF, Multi-Jet Fusion (MJF) je technológia fúzie prášku a lôžka, ktorá využíva proces vstrekovania spojiva na vytvorenie dielov z nylonového prášku. MJF vo všeobecnosti vyrába diely s hladšou povrchovou úpravou v porovnaní so súčiastkami SLM, ktoré boli vyrobené, pretože proces vstrekovania spojiva nezahŕňa rovnaké rýchle tavenie a tuhnutie kovového prášku.
Na druhej strane, Direct Metal Laser Sintering (DMLS) je podobný SLM v tom, že tiež používa laser na roztavenie kovového prášku. Avšak DMLS má často trochu odlišný proces a môže viesť k rôznym povrchovým úpravám. InMedený radiátor pre 3D tlač DMLS, povrchová úprava medených radiátorov s potlačou DMLS sa môže líšiť v závislosti od konkrétnych parametrov procesu a použitých materiálov.
Aplikácie a požiadavky na povrchovú úpravu v rôznych odvetviach
1. Letecký priemysel
V leteckom priemysle je povrchová úprava dielov SLM mimoriadne dôležitá. Komponenty ako lopatky turbíny a konštrukčné diely vyžadujú hladkú povrchovú úpravu na zníženie aerodynamického odporu a zlepšenie výkonu. Drsný povrch môže zvýšiť turbulencie a straty energie, čo je v aplikáciách v letectve neprijateľné. Okrem toho môže dobrá povrchová úprava zvýšiť únavovú životnosť dielov a zabezpečiť ich dlhodobú spoľahlivosť vo vysoko namáhaných prostrediach.
2. Lekársky priemysel
V oblasti medicíny sa SLM používa na výrobu prispôsobených implantátov a chirurgických nástrojov. Povrchová úprava týchto častí je rozhodujúca pre biokompatibilitu a funkčnosť. Hladký povrch môže znížiť riziko adhézie baktérií a zápalu, čo je nevyhnutné pre implantovateľné zariadenia. Napríklad vŠpeciálna 3D tlač - Tvarovaná vírivá komora dieselového motora, hoci ide o odvetvie dieselových motorov, pojem požiadavky na povrchovú úpravu možno analogicky chápať v oblasti medicíny, kde je presnosť a kvalita povrchu rozhodujúca.
Záver
Povrchová úprava dielov vyrobených SLM je komplexným a dôležitým aspektom technológie. Aj keď je povrch dielov SLM vo všeobecnosti drsný, kvalitu povrchu môžu ovplyvniť rôzne faktory, ako sú charakteristiky prášku, parametre procesu a geometria dielu. Použitím post-processingových techník, optimalizáciou parametrov procesu a vhodným dizajnom dielov možno výrazne zlepšiť povrchovú úpravu dielov SLM tak, aby spĺňali požiadavky rôznych priemyselných odvetví.
Ak máte záujem o kvalitné diely SLM s vynikajúcou povrchovou úpravou, sme tu, aby sme vám pomohli. Ako skúsený dodávateľ SLM máme odborné znalosti a moderné vybavenie na výrobu dielov, ktoré spĺňajú vaše špecifické potreby. Či už potrebujete diely pre letecký, lekársky alebo iný priemysel, môžeme s vami spolupracovať na optimalizácii procesu a dosiahnutí požadovanej povrchovej úpravy. Pre obstarávanie a ďalšie diskusie nás neváhajte kontaktovať.
Referencie
- Gu, D., Shen, Y., Ding, Y., & Meiners, W. (2012). Laserová aditívna výroba kovových komponentov: materiály, procesy a mechanizmy. International Materials Reviews, 57(3), 133 - 164.
- Kruth, JP, Leu, MC, & Nakagawa, T. (2007). Pokrok v oblasti aditívnej výroby a rýchleho prototypovania. CIRP Annals – Manufacturing Technology, 56(2), 743 – 767.
- Yadroitsev, I., Bertrand, P., & Smurov, I. (2007). Vplyv charakteristík prášku na vlastnosti dielov vyrobených selektívnym tavením laserom. Journal of Materials Processing Technology, 192 - 193, 353 - 357.