Kovová 3D tlač SLM proces vysvetlený

SLM je pokročilá technológia 3D tlače na kovy, ktorá využíva vysokoenergetický laserový lúč na roztavenie a stuhnutie kovového prášku vrstvu po vrstve, čo umožňuje presnú výrobu kovových častí. Táto technológia ponúka výhody, ako je vysoká presnosť, vysoká pevnosť a vysoká húževnatosť, vďaka čomu je obzvlášť vhodná na výrobu kovových dielov so zložitými geometriami. V porovnaní s tradičnými metódami spracovania kovov (ako je odlievanie, kovanie a obrábanie) patrí SLM do kategórie aditívnej výroby. Nevyžaduje žiadne formy ani rezné nástroje a dokáže „vypestovať“ pevné diely priamo z 3D digitálneho modelu, čím sa výrazne skráti cyklus vývoja produktu od návrhu až po výrobu. Je obzvlášť vhodný na-malú-sériovú výrobu viacerých druhov-dielov so zložitou štruktúrou.

počítačom, potom skenuje kovový prášok vrstvu po vrstve podľa vopred nastavenej 3D modelovej dráhy. Teplo z laserového lúča roztaví prášok, ktorý sa potom rýchlo ochladí a stuhne a vytvorí jednu kovovú vrstvu za druhou. Nahromadením vrstiev-po{4}}vrstvách sa nakoniec vyrobí kompletný kovový diel.

Konkrétne, celý proces tvarovania typicky prebieha v utesnenej komore naplnenej inertným plynom (ako je dusík alebo argón), aby sa zabránilo oxidácii kovového prášku pri vysokých teplotách a aby sa zabezpečila kvalita tvarovania. Po naskenovaní každej vrstvy sa stavebná platforma zníži o jednu hrúbku vrstvy (zvyčajne 20 – 50 mikrónov) a mechanizmus na-roztieranie prášku potom nanesie novú vrstvu prášku na už-vytvorenú vrstvu. Laser potom znova naskenuje priečny- obrys tejto vrstvy. Tento cyklus sa opakuje, kým nie je dokončená celá časť. Po vytvarovaní musí dielec prejsť ďalšími krokmi po-spracovaní, ako je odstránenie prášku, odstránenie podpery, tepelné spracovanie a povrchová úprava, kým sa z neho stane konečná dodávka.

Vysoká presnosť: SLM dokáže dosiahnuť mikrónovú-presnosť tlače, čím zaistí, že rozmery a tvar dielu presne zodpovedajú požiadavkám na dizajn -, ktorý je obzvlášť vhodný pre zložité prvky, ako sú vnútorné prietokové kanály a mriežkové štruktúry, ktoré sa ťažko obrábajú tradičnými metódami.

Vysoká pevnosť a húževnatosť: Pretože je kovový prášok počas procesu tavenia laserom úplne roztavený a rýchlo ochladený, diely vyrobené spoločnosťou SLM majú vynikajúce mechanické vlastnosti a húževnatosť, pričom hustota dosahuje v niektorých výkonnostných metrikách viac ako 99 % - a dokonca prevyšuje tradičné výkovky.

Rozmanitosť materiálov: SLM je použiteľný pre širokú škálu kovových materiálov vrátane nehrdzavejúcej ocele, superzliatin na báze niklu, zliatin titánu, kobaltu-chrómových zliatin, vysokopevnostných hliníkových zliatin a drahých kovov, pričom ponúka široké možnosti použitia v rôznych oblastiach.

Vysoká sloboda dizajnu: Vďaka vrstve{0}}po{1}}princípe výroby vrstiev umožňuje SLM{2}}optimalizované návrhy, ľahké mriežkové štruktúry a integrované-dielne komponenty, ktoré tradičné procesy nedokážu dosiahnuť, čím sa efektívne znižuje počet dielov a montážnych krokov.

Vysoké využitie materiálu: Netavený kovový prášok je možné regenerovať, preosiať a znovu použiť, čím sa výrazne zníži odpad zo surovín v porovnaní s tradičným subtraktívnym obrábaním.

Technológia SLM sa široko používa vo viacerých oblastiach vrátane, ale nie výlučne:

Letectvo: SLM dokáže vyrábať zložité súčasti leteckých motorov a časti kozmických lodí, čím spĺňa požiadavky leteckého priemyslu na vysokovýkonné{0}}ľahké súčasti -, ako sú lopatky turbín, palivové dýzy a konštrukčné držiaky.

Automobilová výroba: V automobilovom priemysle možno SLM použiť na výrobu ľahkých automobilových dielov, ako sú držiaky motora a prevodovky, čo pomáha zlepšiť spotrebu paliva a výkon. Je tiež široko používaný v závodnom priemysle na prispôsobený vývoj dielov.

Biomedicína: V oblasti biomedicíny môže SLM vyrábať zdravotnícke pomôcky, ako sú umelé kĺby a zubné implantáty, a poskytovať pacientom individuálne riešenia liečby. Jeho porézna štruktúra tiež pomáha podporovať rast a integráciu kostného tkaniva.

Výroba foriem: SLM možno použiť na výrobu vstrekovacích foriem s konformnými chladiacimi kanálmi, čím sa výrazne zlepší účinnosť chladenia foriem, skrátia sa cykly vstrekovania a zlepší sa výťažnosť produktu.

Priemyselné zariadenia a elektronické odvádzanie tepla: V oblastiach, ako sú komunikačné zariadenia a presné elektronické chladiče, možno SLM použiť aj na výrobu funkčných častí so zložitými chladiacimi štruktúrami, čím sa zlepšuje účinnosť odvádzania tepla a štrukturálna integrácia.

Vývoj technológie SLM možno vysledovať až do 80. rokov minulého storočia. V tom čase americká spoločnosť 3D Systems uviedla na trh prvé komerčné zariadenie SLM, čím sa oficiálne zrodila technológia SLM. Ako sa technológia neustále vyvíjala a zdokonaľovala, výkon zariadení SLM sa neustále zlepšoval, s výraznými zlepšeniami v rýchlosti tlače, presnosti a spoľahlivosti. Rozsah aplikácií technológie SLM sa zároveň neustále rozširoval - od jej počiatočného zamerania na letecký priemysel až po automobilovú výrobu, biomedicínu a mnohé ďalšie oblasti.

Vstupom do 21. storočia, s vyspelým počítačovým{1}}dizajnom, algoritmami optimalizácie topológie a vysokovýkonnou laserovou technológiou, zariadenia SLM postupne dosiahli multi-laserové spoločné skenovanie, väčšie objemy zostavy a inteligentnejšie systémy monitorovania procesov. Efektívnosť výroby a veľkosť konštrukcie sa podstatne zvýšili, čím sa výroba kovových aditív posunula z laboratórneho výskumu smerom k priemyselným-aplikáciám.

Pri pohľade do budúcnosti, keďže technológia SLM sa neustále vyvíja a inovuje, očakávajú sa prelomy v nasledujúcich oblastiach:

Zlepšenie rýchlosti a efektivity tlače: Optimalizáciou dráh laserového skenovania a metód nanášania prášku- sa očakáva ďalšie zlepšenie rýchlosti tlače a efektivity technológie SLM.

Rozširujúci sa rozsah použitia: Keďže materiálová veda neustále napreduje a objavujú sa nové materiály, technológia SLM bude schopná slúžiť ešte širšiemu spektru oblastí a bude spĺňať rôznorodejšie potreby.

Zníženie nákladov: Ako sa technológia SLM stáva čoraz rozšírenejšou a konkurencia na trhu sa zintenzívňuje, očakáva sa, že náklady na vybavenie a materiály budú postupne klesať, čím sa táto vyspelá technológia stane dostupnejšou pre viac spoločností a jednotlivcov.

Integrácia inteligencie a digitalizácie: Kombinácia algoritmov umelej inteligencie na adaptívnu optimalizáciu parametrov procesu spolu so-systémami monitorovania stavu taveniny a detekcie defektov s online nastavením spätnej väzby zlepší stabilitu a konzistenciu procesu tvarovania.

Vývoj štandardizácie a systému kvality: Ako sa priemyselné aplikácie prehlbujú, inšpekčné normy a certifikačné systémy pre diely SLM sa budú naďalej zdokonaľovať - najmä v oblastiach s vysokou-spoľahlivosťou, ako je letectvo a medicína -, čím sa technológia posúva z „použiteľnej“ na „dôveryhodnú“.

Napriek svojim významným výhodám technológia SLM stále čelí niekoľkým výzvam v praktickej aplikácii. Prvým je problém zvyškového napätia: v dôsledku rýchleho zahrievania a ochladzovania, ktoré je vlastné vrstve-pri-tvorbe vrstvy, sú diely náchylné na značné vnútorné tepelné napätie, ktoré môže viesť k deformácii alebo dokonca prasknutiu. V dôsledku toho je na zmiernenie stresu často potrebný primeraný návrh nosnej konštrukcie a následné{4}}tepelné spracovanie. Druhým je drsnosť povrchu: SLM-tvarované diely zvyčajne vykazujú určitý stupeň schodového-efektu a priľnavosti prášku, takže povrchy vyžadujúce presné lícovanie často ešte vyžadujú opracovanie alebo leštenie ako dodatočné-spracovanie. Okrem toho, náklady na vybavenie a materiál zostávajú relatívne vysoké a proces je ekonomickejší pri malo{10}}sériovej, kusovej{11}}výrobe než pri hromadnej výrobe. Spoločnosti, ktoré zvažujú tento proces, musia komplexne vyhodnotiť zložitosť dielov, veľkosť šarže a požiadavky na výkon.

Okrem SLM medzi ďalšie bežné technológie výroby kovových aditív patrí tavenie elektrónovým lúčom (EBM) a priame spekanie kovov laserom (DMLS). EBM využíva elektrónový lúč ako zdroj tepla a tvorí časti vo vákuovom prostredí, vďaka čomu je vhodný pre materiály citlivé na kyslík-, ako sú zliatiny titánu, s relatívne nižším zvyškovým napätím -, hoci náklady na vybavenie sú vyššie a kvalita povrchu je vo všeobecnosti hrubšia. DMLS je v princípe podobný SLM, oba používajú laser na roztavenie kovového prášku a tieto dva sa často považujú za podobné technológie; hlavné rozdiely spočívajú v konvenciách výrobcov a určitých detailoch procesu. Celkovo, vďaka svojej relatívne vysokej presnosti tvárnenia a porovnateľne vyspelému dodávateľskému reťazcu zostáva SLM jedným z najrozšírenejších procesov v oblasti výroby kovových prísad.