Τεχνολογία slm. SLM - παραγωγή εξαρτημάτων από κράματα μετάλλων

21.10.2023

SLM (Selective Laser Melting) - επιλεκτική τήξη με λέιζερ - μια καινοτόμος τεχνολογία για την κατασκευή σύνθετων σε σχήμα και δομή προϊόντων από μεταλλικές σκόνες χρησιμοποιώντας μαθηματικά μοντέλα CAD. Αυτή η διαδικασία συνίσταται στη διαδοχική τήξη στρώσης προς στρώση υλικού σε σκόνη χρησιμοποιώντας ισχυρή ακτινοβολία λέιζερ. Η SLM ανοίγει τις ευρύτερες ευκαιρίες για σύγχρονη παραγωγή, καθώς σας επιτρέπει να δημιουργείτε μεταλλικά προϊόντα υψηλής ακρίβειας και πυκνότητας, να βελτιστοποιείτε τη σχεδίαση και να μειώνετε το βάρος των κατασκευασμένων εξαρτημάτων.

Η επιλεκτική τήξη με λέιζερ είναι μία από τις τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων που μπορεί να συμπληρώσει με επιτυχία τις κλασικές διαδικασίες παραγωγής. Επιτρέπει την κατασκευή αντικειμένων των οποίων οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες είναι ανώτερες από προϊόντα τυπικών τεχνολογιών. Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία SLM, είναι δυνατή η δημιουργία μοναδικών προϊόντων σύνθετου προφίλ χωρίς τη χρήση μηχανικής κατεργασίας και ακριβού εξοπλισμού, ιδίως λόγω της ικανότητας ελέγχου των ιδιοτήτων των προϊόντων.

Οι μηχανές SLM έχουν σχεδιαστεί για να επιλύουν πολύπλοκα προβλήματα στην ενέργεια, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, τις βιομηχανίες μηχανικής, τη μεταλλουργία, την ιατρική κ.λπ. Χρησιμοποιούνται επίσης σε ερευνητικά κέντρα, γραφεία σχεδιασμού και εκπαιδευτικά ιδρύματα κατά τη διεξαγωγή ερευνητικών και πειραματικών εργασιών.

Ο όρος «πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ», που χρησιμοποιείται συχνά για να περιγράψει το SLM, δεν είναι απολύτως ακριβής, καθώς η μεταλλική σκόνη που τροφοδοτείται στον τρισδιάστατο εκτυπωτή κάτω από τη δέσμη λέιζερ δεν συντήκεται, αλλά λιώνεται πλήρως και μετατρέπεται σε ομοιογενή πρώτη ύλη.

Παραδείγματα εφαρμογής τεχνολογίας επιλεκτικής τήξης λέιζερ

Πού χρησιμοποιείται η τεχνολογία SLM;

Η επιλεκτική τήξη λέιζερ χρησιμοποιείται στη βιομηχανία για την κατασκευή:

εξαρτήματα διαφόρων μονάδων και μονάδων.
δομές πολύπλοκου σχήματος και δομής, συμπεριλαμβανομένων πολυστοιχειωδών και μη αφαιρούμενων.
γραμματόσημα?
πρωτότυπα?
κοσμήματα;
εμφυτεύματα και προθέσεις στην οδοντιατρική.

Ανάλυση δεδομένων και σχεδιασμός προϊόντος

Αρχικά, το ψηφιακό τρισδιάστατο μοντέλο του εξαρτήματος χωρίζεται σε στρώματα έτσι ώστε κάθε στρώμα, το οποίο έχει πάχος 20-100 μικρά, να αποδίδεται σε 2D. Η Specialized αναλύει τα δεδομένα στο αρχείο STL (industry standard) και τα συγκρίνει με τις προδιαγραφές του 3D εκτυπωτή. Το επόμενο στάδιο μετά την επεξεργασία των ληφθέντων πληροφοριών είναι η κατασκευή, η οποία αποτελείται από μεγάλο αριθμό κύκλων για κάθε στρώμα του δημιουργημένου αντικειμένου.

Η κατασκευή του στρώματος περιλαμβάνει τις ακόλουθες λειτουργίες:

Η μεταλλική σκόνη εφαρμόζεται στην πλάκα κατασκευής, η οποία είναι στερεωμένη στην πλατφόρμα κατασκευής.
η δέσμη λέιζερ σαρώνει τη διατομή του στρώματος προϊόντος.
η πλατφόρμα χαμηλώνεται στο κατασκευαστικό φρεάτιο σε βάθος που ταιριάζει με το πάχος του στρώματος.

Η κατασκευή πραγματοποιείται στο θάλαμο μιας μηχανής SLM, η οποία είναι γεμάτη με αδρανές αέριο (αργό ή άζωτο). Ο κύριος όγκος αερίου καταναλώνεται στο αρχικό στάδιο, όταν όλος ο αέρας αφαιρείται από τον θάλαμο κατασκευής με καθαρισμό. Με την ολοκλήρωση της διαδικασίας κατασκευής, το τμήμα και η πλάκα αφαιρούνται από τον θάλαμο του τρισδιάστατου εκτυπωτή σκόνης και στη συνέχεια διαχωρίζονται από την πλάκα, αφαιρούνται τα στηρίγματα και πραγματοποιείται η τελική επεξεργασία του προϊόντος.

Πλεονεκτήματα της επιλεκτικής τεχνολογίας τήξης λέιζερ

Η τεχνολογία SLM έχει σοβαρές προοπτικές για την αύξηση της αποδοτικότητας της παραγωγής σε πολλούς κλάδους επειδή:

παρέχει υψηλή ακρίβεια και επαναληψιμότητα.
τα μηχανικά χαρακτηριστικά των προϊόντων που εκτυπώνονται με αυτόν τον τύπο τρισδιάστατου εκτυπωτή είναι συγκρίσιμα με:
επιλύει πολύπλοκα τεχνολογικά προβλήματα που σχετίζονται με την κατασκευή γεωμετρικά πολύπλοκων προϊόντων.
συντομεύει τον κύκλο εργασιών έρευνας και ανάπτυξης, διασφαλίζοντας την κατασκευή εξαρτημάτων σύνθετου προφίλ χωρίς τη χρήση εξοπλισμού·
σας επιτρέπει να μειώσετε το βάρος κατασκευάζοντας αντικείμενα με εσωτερικές κοιλότητες.
εξοικονομεί υλικό κατά την παραγωγή.

SLM Solutions: ολοκληρωμένες λύσεις συστήματος για μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση

Προϊόντα που δημιουργήθηκαν στην εγκατάσταση SLM Solutions

Η SLM Solutions, με έδρα το Lübeck της Γερμανίας, είναι κορυφαία εταιρεία ανάπτυξης τεχνολογιών κατασκευής πρόσθετων μετάλλων. Η κύρια δραστηριότητα της εταιρείας είναι η ανάπτυξη, συναρμολόγηση και πώληση εξοπλισμού και ολοκληρωμένων λύσεων συστημάτων στον τομέα της επιλεκτικής τήξης με λέιζερ. Η iQB Technologies είναι ο επίσημος διανομέας της SLM Solutions στη Ρωσία.

Εργοστάσιο πρόσθετων SLM 280 2.0 με περιφερειακό σταθμό PSV – το κύριο νέο προϊόν της SLM Solutions το 2017

– Τι νέο προσφέρει η SLM Solutions στους χρήστες της τρισδιάστατης εκτύπωσης;

– Το 2017 η εταιρεία έκανε πολλή δουλειά. Οι καινοτομίες επικεντρώθηκαν κυρίως στον σχεδιασμό της μονάδας προσθέτων, αλλά περιελάμβαναν επίσης ενημερώσεις λογισμικού, προσαρμοσμένες λύσεις και συστήματα ποιοτικού ελέγχου διεργασιών.

Το κύριο επίτευγμα είναι το σύστημα SLM 280 2.0 σε νέο περίβλημα και με νέο σχεδιασμό της διεπαφής προγράμματος ελέγχου. Το μηχάνημα είναι εξοπλισμένο με ένα «αέναο» φίλτρο - έναν θεμελιωδώς νέο μηχανισμό για το φιλτράρισμα των σωματιδίων - και ένα βελτιστοποιημένο σύστημα παρακολούθησης της ισχύος λέιζερ και της ζώνης τήξης. Αυτή η λύση εφαρμόζεται ειδικά για συστήματα πολλαπλών λέιζερ.

Η μονάδα SLM 280 2.0, το φίλτρο και η διεπαφή χρήστη θα είναι διαθέσιμα για παραγγελία περίπου το τρίτο τρίμηνο του 2018.

: Πώς συμβαίνει η επιλεκτική τήξη με λέιζερ

– Πείτε μας για το λογισμικό της SLM Solutions. Πώς ονομάζεται;

– SLM Additive Designer. Ναι, το νέο προϊόν είναι πολύ ενδιαφέρον, αξίζει να το πούμε με περισσότερες λεπτομέρειες. Αυτή είναι η ανάπτυξη της δικής της SLM Solutions για την εργασία με αρχεία 3D και την προετοιμασία τους για εκτύπωση, η οποία είναι μια εναλλακτική λύση στο δημοφιλές λογισμικό και άλλες λύσεις που διατίθενται στην αγορά. Το κύριο χαρακτηριστικό του προϊόντος μας είναι ότι είναι συμβατό όχι μόνο με αρχεία STL, αλλά και με αρχεία CAD (STEP, IGES), τα οποία μπορούν να περιέχουν άλλες πληροφορίες εκτός από γραφικά 3D.

Ήδη διερευνώνται επιλογές συνεργασίας με προμηθευτές λογισμικού CAD για την ενσωμάτωση του SLM Additive Designer στη διεπαφή τους για να επιτραπεί ο σχεδιασμός εξαρτημάτων από άκρο σε άκρο. Αυτή η διαδικασία καλύπτει τα στάδια από το σχεδιασμό έως την απόκτηση ενός προϊόντος σε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή χρησιμοποιώντας αυτήν τη λύση λογισμικού - ας το ονομάσουμε μετα-επεξεργαστή (ή προ-μετα-επεξεργαστή) για την προετοιμασία ενός εξαρτήματος για εκτύπωση.

– Η εταιρεία δεν κυκλοφόρησε το δικό της λογισμικό πριν;

– Το λεγόμενο Build Processor, το οποίο αναπτύχθηκε από κοινού με το Materialize και υλοποιήθηκε στο Magic, δεν ήταν ξεχωριστό λογισμικό. Και τώρα η SLM Solutions διαθέτει ένα πλήρες προϊόν λογισμικού που μπορεί να λειτουργήσει με αρχεία CAD και STL και παρέχει έναν πλήρη κύκλο από την τοποθέτηση του εξαρτήματος στην πλατφόρμα, τη δημιουργία υποστηριγμάτων και τη λήξη με τη δημιουργία ενός αρχείου που μεταφέρεται στον 3D εκτυπωτή.

Γενικά, η εταιρεία έχει μεγάλα σχέδια για ανάπτυξη λογισμικού. Θα αναπτυχθούν νέα προϊόντα λογισμικού που θα ενσωματώνουν διακομιστές cloud και τεχνολογίες μεγάλων δεδομένων για μια μεγάλη αλυσίδα παραγωγής τρισδιάστατων εκτυπωτών. Δηλαδή, μιλάμε για λύσεις όχι για ένα μηχάνημα, αλλά για το Factory of the Future - μια ιδέα με την οποία εργάζονται πλέον όλοι οι κορυφαίοι κατασκευαστές εργοστασίων παραγωγής πρόσθετων.

– Η λύση για το Factory of the Future ήταν το αυτοματοποιημένο σύστημα παραγωγής SLM 800, μια άλλη υψηλού προφίλ καινοτομία από πέρυσι.

– παρουσιάστηκε σε έκθεση στη Φρανκφούρτη του Μάιν. Η εταιρεία ανακοίνωσε επίσημα την πώληση είκοσι αυτοκινήτων στην Κίνα. Αυτή τη στιγμή υπάρχει μόνο μία συναρμολογημένη εγκατάσταση. Πρόκειται, ας πούμε, για ένα εργασιακό πειραματικό εκθεσιακό δείγμα, στο σχεδιασμό και τη λειτουργικότητα του οποίου, πολύ πιθανόν, κάτι να αλλάξει. Σε κάθε περίπτωση, πρόκειται για μεγάλο ισχυρισμό, διότι η δυνατότητα παροχής αυτοματοποιημένης διαδικασίας σε ύψος κτιρίου 800 mm υποδηλώνει την υψηλή σταθερότητα του συστήματος.

– Οι αλλαγές έχουν επηρεάσει τον περιφερειακό εξοπλισμό των τρισδιάστατων εκτυπωτών;

– Ναι, το νέο σύστημα PSV (Powder Sieving Vacuum) είναι ήδη διαθέσιμο - ένας περιφερειακός σταθμός που έχει σχεδιαστεί για να εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:

συνεχής έλεγχος (επιστρέφοντας σκόνη πίσω στην εγκατάσταση για συνεχή κυκλοφορία κατά τη λειτουργία).
αποθήκευση σκόνης ενώ το μηχάνημα λειτουργεί σε δεξαμενή χωρητικότητας 90 λίτρων, η οποία δεν βρίσκεται στην εγκατάσταση, αλλά στο σύστημα PSV.

Ο σταθμός PSV είναι επίσης εξοπλισμένος (αν μιλάμε για την εγκατάσταση SLM 280) με χιτώνιο για εργασία στον θάλαμο κατασκευής σε αδρανές περιβάλλον, προκειμένου να αφαιρείται η περίσσεια σκόνης κατά τον καθαρισμό του εξαρτήματος. Ο σταθμός παρέχει καθαρισμό και επεξεργασία υλικού υψηλής απόδοσης, είναι συμπαγής και γενικός: μπορεί να συνδεθεί τόσο με την 280η όσο και με την 500η μηχανή. Το PSV λειτουργεί με βάση τις διαφορές πίεσης και την εκκένωση του συστήματος και την κίνηση της σκόνης χρησιμοποιώντας μεταφορά κενού.

Όπως το προηγούμενο σύστημα PSH, το οποίο εξυπηρετούσε περίπου τις ίδιες ανάγκες, το PSV είναι πιο αποτελεσματικό όταν εργαζόμαστε με μία σκόνη σε ένα μηχάνημα. Όταν αλλάζετε συχνά υλικά, είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε τον χειροκίνητο σταθμό ελέγχου PSM, ο οποίος είναι ένας σταθερός περιφερειακός εξοπλισμός για σχεδόν δέκα χρόνια, απλός και εύκολος στη χρήση.

– Τι είναι το «αιώνιο» φίλτρο και πώς θα βελτιώσει την ασφάλεια στην εργασία;

– Με τη βοήθειά του, το φιλτράρισμα θα γίνει με διαφορετικές αρχές. Αυτό είναι το λεγόμενο ξηρό φιλτράρισμα: σωματίδια υλικού (τιτανίου ή κράματος αλουμινίου) συγκρατούνται από τα σωματίδια αναστολέα στο φίλτρο και απενεργοποιούνται αμέσως. Αφαιρώντας το μείγμα αναστολέα και σωματιδίων σε ξηρή κατάσταση, μειώνουμε τον κίνδυνο αρνητικών επιπτώσεων όσον αφορά την απελευθέρωση εύφλεκτων αερίων, βελτιώνουμε την καθαριότητα της διαδικασίας και αυξάνουμε την ασφάλεια πυρκαγιάς και έκρηξης. Οι εγκαταστάσεις SLM έχουν κλειστό κύκλο εργασίας με πούδρα.

Το κύριο ερώτημα δεν είναι αν θα αγοράσετε μια μηχανή πρόσθετων ή όχι, αλλά πώς θα την ενσωματώσετε στην αλυσίδα παραγωγής.

– Ποια είναι τα άμεσα σχέδια της SLM Solutions;

– Στη διεθνή έκθεση “Metalworking-2018”, που θα διεξαχθεί στη Μόσχα από τις 14 έως τις 18 Μαΐου, η εταιρεία θα διαθέτει μεγάλο περίπτερο. Προβλέπεται ότι θα φτάσουν ειδικοί του τμήματος σέρβις από τη Γερμανία και εξετάζεται η επιλογή παράδοσης του μηχανήματος SLM 280 Το καλοκαίρι ή το φθινόπωρο, η SLM Solutions θα ανοίξει μια νέα μεγάλη τοποθεσία, η οποία θα εξασφαλίσει την εκπλήρωση ενός αυξημένου αριθμού. παραγγελίες για την παραγωγή μηχανημάτων. Θα βρίσκεται στο Lübeck, στον ίδιο χώρο όπου βρίσκονται τα κεντρικά γραφεία και η κύρια παραγωγή της εταιρείας.

– Πώς είναι η κατάσταση στη ρωσική αγορά για την εταιρεία σας;

– Υπάρχει ενδιαφέρον για τα προϊόντα της SLM Solutions, και πολύ, αλλά μέχρι στιγμής κυρίως σε επίπεδο αιτημάτων, επιχειρεί να επεξεργαστεί τα οικονομικά της κατοχής μηχανής, εφαρμογές για δοκιμαστική εκτύπωση. Πιθανότατα, αυτή είναι μια γενική οικονομική κατάσταση, επειδή πολλοί από τους Ευρωπαίους συναδέλφους μας που εργάζονται στην παραγωγή μεταλλικών τρισδιάστατων εκτυπωτών έχουν παρόμοια προβλήματα στη Ρωσία.

Ο εξοπλισμός είναι ακριβός, αλλά λίγοι άνθρωποι στη Ρωσία έχουν ιδέα πώς να τον κατέχουν, πώς να αποκομίσουν οικονομικό όφελος από αυτόν. Είναι αρκετά δύσκολο να δικαιολογηθεί η ανάγκη για αγορά. Επιπλέον, έχουμε πολύ έλλειψη ειδικών με την ποσότητα των απαραίτητων γνώσεων για τη σωστή διασφάλιση τόσο της ίδιας της διαδικασίας όσο και της ανάπτυξης των τεχνολογικών παραμέτρων.

Ένας ειδικός που εργάζεται σε μια μηχανή προσθέτων θα πρέπει ιδανικά να είναι ταυτόχρονα σχεδιαστής και, σε μεγαλύτερο βαθμό, τεχνολόγος - κάποιος που κατανοεί τη φυσική των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα και την επίδραση ορισμένων παραμέτρων στην ποιότητα του προκύπτοντος εξαρτήματος. Και υπάρχουν πολλές τέτοιες παράμετροι - τουλάχιστον 160.

Δυστυχώς, οι Ρώσοι ειδικοί – από διευθυντές επιχειρήσεων έως απλούς μηχανικούς – γενικά δεν κατανοούν την πολυπλοκότητα της διαδικασίας πρόσθετων. Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής είναι ένα είδος θαυματουργής μηχανής: φορτώνεις τη σκόνη, φορτώνεις το μοντέλο, πατάς ένα κουμπί και παίρνεις αμέσως ένα ανταλλακτικό υψηλής ποιότητας.

Η ομάδα SLM Solutions στη διεθνή έκθεση Formnext 2017

– Πώς να πείσετε τους ανθρώπους ότι οι προσθετικές τεχνολογίες αποφέρουν σημαντικά οφέλη;

– Χρειαζόμαστε εκπαιδευτικό έργο. Οι ειδικοί πρέπει να εξοικειωθούν με μεγαλύτερο όγκο βιβλιογραφίας, επιστημονικής έρευνας, μονογραφιών - όχι μόνο θεμελιωδών, αλλά και μηχανικών, συμπεριλαμβανομένων των αγγλικών και γερμανικών. βιομηχανίες και επιχειρήσεις επωφελούνται από τα ταξίδια σε διεθνή συνέδρια για την παραγωγή προσθέτων.

Η βασική μου ιδέα που προσπαθώ να μεταφέρω σε όλους είναι ότι οι τεχνολογίες προσθέτων (ιδιαίτερα η επιλεκτική τήξη με λέιζερ) δεν είναι πανάκεια, ούτε καθολική λύση για την παραγωγή οποιωνδήποτε εξαρτημάτων. Αυτή είναι μια ξεχωριστή νέα μέθοδος που χρησιμοποιείται ενεργά στην αγορά για κάτι παραπάνω από δέκα χρόνια. Αλλά ακόμη και σε μια τόσο παλιά τεχνολογία όπως οι μονογραφίες εξακολουθούν να γράφονται.

Οι τρισδιάστατες τεχνολογίες είναι συστήματα με τεράστιο αριθμό παραμέτρων, που συνδυάζουν πολλούς κλάδους - μεταλλουργία, λέιζερ, μηχανική, προγραμματισμό κ.λπ. Αυτό είναι ένα είδος "γκρίζου κουτιού" - πρέπει ακόμα να μελετηθούν και να μελετηθούν. Αλλά αν δεν το κάνετε αυτό, μπορείτε να μείνετε πολύ πίσω.

– Ωστόσο, στη Ρωσία υπάρχει κάποια κίνηση όσον αφορά την ανάπτυξη και την εφαρμογή τεχνολογιών 3D.

– Ιδέες υπάρχουν, τις βλέπουμε σε εκθέσεις. Από την εμπειρία μου, το επίπεδο κατανόησης των ανθρώπων έχει αυξηθεί πολύ τα τελευταία τέσσερα έως πέντε χρόνια. Ωστόσο, δεν υπάρχει εποπτεία σε κρατικό επίπεδο, δεν υπάρχει φορέας που θα τα ένωνε όλα αυτά.

Για παράδειγμα, στην Ευρώπη και την Ασία υπάρχουν ενώσεις κατασκευαστών (όπως AMUG, GARPA) που πραγματοποιούν τακτικά συναντήσεις χρηστών από όλο τον κόσμο. Η SLM Solutions συμμετέχει σε τέτοιες εκδηλώσεις μαζί με τους ανταγωνιστές της. Ή αυτό το παράδειγμα: η εταιρεία μας, όπως και πολλοί άλλοι κατασκευαστές, συνεργάζεται με το Fraunhofer Institute, το οποίο αναπτύσσει τεχνολογίες λέιζερ. Περίπου εξήντα επιστήμονες έχουν εγγραφεί για να εργαστούν με το SLM. Αυτό είναι ένα καλό παράδειγμα διαβιομηχανικής συνεργασίας, η οποία τόσο λείπει στη Ρωσία λόγω εσωτερικών οικονομικών ζητημάτων.

Κατά τη γνώμη μου, οι ηγέτες μας πρέπει να ταξιδεύουν περισσότερο και να συμμετέχουν σε τέτοια έργα, προκειμένου να κατανοήσουν ποιες ερωτήσεις τίθενται και πώς να ορίσουν ξεκάθαρα καθήκοντα για το σχεδιασμό παραγωγής. Εξάλλου, το κύριο ερώτημα δεν είναι αν θα αγοράσετε την εγκατάσταση ή όχι, αλλά πώς να την ενσωματώσετε στην αλυσίδα παραγωγής, να δημιουργήσετε ένα αποτελεσματικό εργαστήριο με εγκαταστάσεις πρόσθετων και, με τη βοήθειά τους, να αποκτήσετε το απαιτούμενο προϊόν.

Σε αυτήν την ανασκόπηση, προσπάθησα να παρουσιάσω σε δημοφιλή μορφή βασικές πληροφορίες σχετικά με την παραγωγή μεταλλικών προϊόντων με χρήση πρόσθετων λέιζερ - μια σχετικά νέα και ενδιαφέρουσα τεχνολογική μέθοδο που προέκυψε στα τέλη της δεκαετίας του '80 και έχει γίνει πλέον μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία για μικρής κλίμακας ή παραγωγή ενός τεμαχίου στον τομέα της ιατρικής, των αεροσκαφών και της πυραυλικής επιστήμης.

Η αρχή λειτουργίας μιας εγκατάστασης κατασκευής προσθέτων με λέιζερ μπορεί να περιγραφεί συνοπτικά ως εξής. Μια συσκευή για την εφαρμογή και την ισοπέδωση ενός στρώματος σκόνης αφαιρεί ένα στρώμα σκόνης από τον τροφοδότη και το κατανέμει ομοιόμορφα στην επιφάνεια του υποστρώματος. Μετά από αυτό η δέσμη λέιζερ σαρώνει την επιφάνεια αυτού του στρώματος σκόνης και σχηματίζει το προϊόν με τήξη ή πυροσυσσωμάτωση. Στο τέλος της σάρωσης του στρώματος σκόνης, η πλατφόρμα με το προϊόν που κατασκευάζεται χαμηλώνει στο πάχος του εφαρμοσμένου στρώματος και η πλατφόρμα με τη σκόνη ανυψώνεται και η διαδικασία εφαρμογής του στρώματος σκόνης και η σάρωση επαναλαμβάνεται. Αφού ολοκληρωθεί η διαδικασία, η πλατφόρμα με το προϊόν ανυψώνεται και καθαρίζεται από αχρησιμοποίητη σκόνη.

Ένα από τα κύρια μέρη στις εγκαταστάσεις παραγωγής πρόσθετων είναι το σύστημα λέιζερ, το οποίο χρησιμοποιεί λέιζερ CO 2, Nd:YAG, ινών υττερβίου ή δίσκου. Έχει διαπιστωθεί ότι η χρήση λέιζερ με μήκος κύματος 1-1,1 microns για τη θέρμανση μετάλλων και καρβιδίων είναι προτιμότερη, αφού απορροφούν την ακτινοβολία που δημιουργείται από λέιζερ 25-65% καλύτερα. Ταυτόχρονα, η χρήση λέιζερ CO 2 με μήκος κύματος 10,64 microns είναι η πλέον κατάλληλη για υλικά όπως πολυμερή και οξείδια κεραμικά. Η υψηλότερη ικανότητα απορρόφησης σάς επιτρέπει να αυξήσετε το βάθος διείσδυσης και να διαφοροποιήσετε τις παραμέτρους της διαδικασίας σε ένα ευρύτερο εύρος. Συνήθως, τα λέιζερ που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή προσθέτων λειτουργούν σε συνεχή λειτουργία. Σε σύγκριση με αυτά, η χρήση λέιζερ που λειτουργούν σε παλμική λειτουργία και σε λειτουργία Q-switched λόγω της υψηλής ενέργειας παλμού και της μικρής διάρκειας παλμού (νανοδευτερόλεπτα) καθιστά δυνατή τη βελτίωση της αντοχής του δεσμού μεταξύ των στρωμάτων και τη μείωση της θερμικά επηρεασμένης ζώνης. Συμπερασματικά, μπορεί να σημειωθεί ότι τα χαρακτηριστικά των συστημάτων λέιζερ που χρησιμοποιούνται βρίσκονται εντός των εξής ορίων: ισχύς λέιζερ - 50-500 W, ταχύτητα σάρωσης έως 2 m/s, ταχύτητα τοποθέτησης έως 7 m/s, διάμετρος εστιασμένης κηλίδας - 35-400 μικρά.

Εκτός από το λέιζερ, η θέρμανση με δέσμη ηλεκτρονίων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή θέρμανσης της σκόνης. Αυτή η επιλογή προτάθηκε και εφαρμόστηκε από την Arcam στις εγκαταστάσεις της το 1997. Μια εγκατάσταση με πιστόλι δέσμης ηλεκτρονίων χαρακτηρίζεται από την απουσία κινούμενων μερών, καθώς η δέσμη ηλεκτρονίων εστιάζεται και κατευθύνεται χρησιμοποιώντας μαγνητικό πεδίο και εκτροπείς και τη δημιουργία ενός το κενό στον θάλαμο έχει θετική επίδραση στην ποιότητα των προϊόντων.

Μία από τις σημαντικές προϋποθέσεις για την παραγωγή προσθέτων είναι η δημιουργία ενός προστατευτικού περιβάλλοντος που αποτρέπει την οξείδωση της σκόνης. Για την εκπλήρωση αυτής της προϋπόθεσης, χρησιμοποιείται αργό ή άζωτο. Ωστόσο, η χρήση του αζώτου ως προστατευτικού αερίου είναι περιορισμένη, γεγονός που σχετίζεται με την πιθανότητα σχηματισμού νιτριδίων (για παράδειγμα, AlN, TiN στην κατασκευή προϊόντων από αλουμίνιο και κράματα τιτανίου), τα οποία οδηγούν σε μείωση της ολκιμότητα του υλικού.

Οι μέθοδοι κατασκευής προσθέτων λέιζερ, σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά της διαδικασίας συμπίεσης υλικού, μπορούν να χωριστούν σε επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ (Selective Laser Sintering (SLS)), έμμεση πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ μετάλλων (IMLS), άμεση πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ μετάλλων (DMLS)) και επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση λέιζερ τήξη (SLM). Στην πρώτη επιλογή, η συμπίεση του στρώματος σκόνης συμβαίνει λόγω της πυροσυσσωμάτωσης σε στερεά φάση. Στη δεύτερη, λόγω του εμποτισμού ενός πορώδους πλαισίου με συνδετικό που προηγουμένως σχηματίστηκε από ακτινοβολία λέιζερ. Η άμεση πυροσυσσωμάτωση μετάλλων με λέιζερ βασίζεται στη συμπύκνωση με τη χρήση του μηχανισμού πυροσυσσωμάτωσης υγρής φάσης λόγω της τήξης ενός συστατικού χαμηλής τήξης σε μείγμα σκόνης. Στην τελευταία επιλογή, η συμπύκνωση συμβαίνει λόγω της πλήρους τήξης και εξάπλωσης του τήγματος. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτή η ταξινόμηση δεν είναι καθολική, καθώς ένας τύπος διαδικασίας παραγωγής προσθέτων μπορεί να εμφανίζει μηχανισμούς συμπίεσης που είναι χαρακτηριστικός άλλων διεργασιών. Για παράδειγμα, το DMLS και το SLM μπορεί να παρουσιάζουν πυροσυσσωμάτωση στερεάς φάσης, που συμβαίνει με το SLS, ενώ το SLM μπορεί να παρουσιάζει πυροσυσσωμάτωση υγρής φάσης, το οποίο είναι πιο κοινό με το DMLS.

Επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ (SLS)

Η εκλεκτική πυροσυσσωμάτωση λέιζερ στερεάς φάσης δεν χρησιμοποιείται ευρέως, καθώς απαιτείται σχετικά μεγάλη έκθεση σε ακτινοβολία λέιζερ για την πληρέστερη εμφάνιση ογκομετρικής και επιφανειακής διάχυσης, ιξώδους ροής και άλλων διεργασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τη σύντηξη σκόνης. Αυτό οδηγεί σε μακρά λειτουργία λέιζερ και χαμηλή παραγωγικότητα διαδικασίας, γεγονός που καθιστά αυτή τη διαδικασία οικονομικά ανέφικτη. Επιπλέον, προκύπτουν δυσκολίες στη διατήρηση της θερμοκρασίας της διεργασίας στην περιοχή μεταξύ του σημείου τήξης και της θερμοκρασίας πυροσυσσωμάτωσης στερεάς φάσης. Το πλεονέκτημα της εκλεκτικής πυροσυσσωμάτωσης με λέιζερ στερεάς φάσης είναι η δυνατότητα χρήσης ευρύτερου φάσματος υλικών για την κατασκευή προϊόντων.

Έμμεση πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ μετάλλων (IMLS)

Η διαδικασία, που ονομάζεται έμμεση πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ μετάλλων, αναπτύχθηκε από την DTMcorp του Austin το 1995, η οποία ανήκει στην 3D Systems από το 2001. Η διαδικασία IMLS χρησιμοποιεί ένα μείγμα σκόνης και πολυμερούς ή σκόνης επικαλυμμένης με πολυμερές, όπου το πολυμερές δρα ως συνδετικό και παρέχει την απαραίτητη αντοχή για περαιτέρω θερμική επεξεργασία. Στο στάδιο της θερμικής επεξεργασίας, το πολυμερές απομακρύνεται με απόσταξη, το πλαίσιο πυροσυσσωματώνεται και το πορώδες πλαίσιο εμποτίζεται με ένα συνδετικό μέταλλο, με αποτέλεσμα ένα τελικό προϊόν.

Για το IMLS, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σκόνες τόσο από μέταλλα όσο και από κεραμικά ή μείγματα αυτών. Η παρασκευή ενός μείγματος σκόνης και πολυμερούς πραγματοποιείται με μηχανική ανάμειξη, ενώ η περιεκτικότητα σε πολυμερές είναι περίπου 2-3% (κατά βάρος) και στην περίπτωση χρήσης σκόνης επικαλυμμένης με πολυμερές, το πάχος του στρώματος στην επιφάνεια του σωματιδίου είναι περίπου 5 μικρά. Ως συνδετικά χρησιμοποιούνται εποξειδικές ρητίνες, υγρό γυαλί, πολυαμίδια και άλλα πολυμερή. Η θερμοκρασία της απόσταξης του πολυμερούς προσδιορίζεται από τη θερμοκρασία τήξης και αποσύνθεσής του και είναι κατά μέσο όρο 400-650 o C. Μετά την απόσταξη του πολυμερούς, το πορώδες του προϊόντος πριν από τον εμποτισμό είναι περίπου 40%. Κατά τη διάρκεια του εμποτισμού, ο κλίβανος θερμαίνεται 100-200 0 C πάνω από το σημείο τήξης του υλικού εμποτισμού, καθώς με την αύξηση της θερμοκρασίας μειώνεται η γωνία επαφής διαβροχής και μειώνεται το ιξώδες του τήγματος, γεγονός που έχει ευεργετική επίδραση στη διαδικασία εμποτισμού. Συνήθως, ο εμποτισμός μελλοντικών προϊόντων πραγματοποιείται σε επίχωμα οξειδίου του αλουμινίου, το οποίο παίζει το ρόλο ενός πλαισίου στήριξης, καθώς κατά την περίοδο από την απόσταξη του πολυμερούς έως το σχηματισμό ισχυρών διασωματιδιακών επαφών υπάρχει κίνδυνος καταστροφής ή παραμόρφωσης του προϊόντος. Η προστασία από την οξείδωση οργανώνεται με τη δημιουργία ενός αδρανούς ή αναγωγικού περιβάλλοντος στον κλίβανο. Για εμποτισμό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια μεγάλη ποικιλία μετάλλων και κραμάτων που ικανοποιούν τις ακόλουθες συνθήκες. Το υλικό για εμποτισμό πρέπει να χαρακτηρίζεται από την πλήρη απουσία ή την ασήμαντη αλληλεπίδραση της επιφάνειας, μια μικρή γωνία επαφής και να έχει σημείο τήξης χαμηλότερο από αυτό της βάσης. Για παράδειγμα, εάν τα συστατικά αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, τότε ενδέχεται να εμφανιστούν ανεπιθύμητες διεργασίες κατά τη διαδικασία εμποτισμού, όπως ο σχηματισμός περισσότερων πυρίμαχων ενώσεων ή στερεών διαλυμάτων, που μπορεί να οδηγήσουν στη διακοπή της διαδικασίας εμποτισμού ή να επηρεάσουν αρνητικά τις ιδιότητες και τις διαστάσεις του προϊόντος. Συνήθως, ο μπρούντζος χρησιμοποιείται για τον εμποτισμό ενός μεταλλικού πλαισίου και η συρρίκνωση του προϊόντος είναι 2-5%.

Ένα από τα μειονεκτήματα του IMLS είναι η αδυναμία ρύθμισης του περιεχομένου της πυρίμαχης φάσης (υλικό βάσης) σε ένα ευρύ φάσμα. Δεδομένου ότι το ποσοστό του στο τελικό προϊόν καθορίζεται από τη χύδην πυκνότητα της σκόνης, η οποία, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της σκόνης, μπορεί να είναι τρεις ή περισσότερες φορές μικρότερη από τη θεωρητική πυκνότητα της σκόνης.

Τα υλικά και οι ιδιότητές τους που χρησιμοποιούνται για το IMLS

Άμεση πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ μετάλλων (DMLS)

Η διαδικασία άμεσης πυροσυσσωμάτωσης με λέιζερ μετάλλων είναι παρόμοια με την IMLS, αλλά διαφέρει στο ότι χρησιμοποιούνται κράματα ή ενώσεις με χαμηλά σημεία τήξης αντί για πολυμερές και δεν υπάρχει τεχνολογικό βήμα όπως ο εμποτισμός. Η ιδέα DMLS δημιουργήθηκε από τη γερμανική εταιρεία EOS GmbH, η οποία το 1995 δημιούργησε μια εμπορική εγκατάσταση για άμεση πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ συστημάτων σκόνης χάλυβα-νικελίου μπρούτζου. Η παραγωγή διαφόρων προϊόντων με τη μέθοδο DMLS βασίζεται στη ροή του προκύπτοντος συνδετικού τήγματος στα κενά μεταξύ των σωματιδίων υπό τη δράση τριχοειδών δυνάμεων. Ταυτόχρονα, για την επιτυχή ολοκλήρωση της διαδικασίας, στο μείγμα σκόνης προστίθενται ενώσεις με φώσφορο, οι οποίες μειώνουν την επιφανειακή τάση, το ιξώδες και τον βαθμό οξείδωσης του τήγματος, βελτιώνοντας έτσι τη διαβρεξιμότητα. Η σκόνη που χρησιμοποιείται ως συνδετικό υλικό είναι συνήθως μικρότερη σε μέγεθος από τη σκόνη βάσης, καθώς αυτό αυξάνει τη χύδην πυκνότητα του μείγματος σκόνης και επιταχύνει τη διαδικασία σχηματισμού τήγματος.

Τα υλικά και οι ιδιότητές τους που χρησιμοποιούνται για DMLS από την EOS GmbH

Επιλεκτική τήξη με λέιζερ (SLM)

Περαιτέρω βελτιώσεις στις εγκαταστάσεις παραγωγής προσθέτων περιλαμβάνουν τη δυνατότητα χρήσης ισχυρότερου λέιζερ, μικρότερης εστιακής διαμέτρου και λεπτότερης στρώσης σκόνης, που κατέστησε δυνατή τη χρήση του SLM για την παραγωγή προϊόντων από διάφορα μέταλλα και κράματα. Τυπικά, τα προϊόντα που λαμβάνονται με αυτή τη μέθοδο έχουν πορώδες 0-3%.
Όπως και στις μεθόδους που συζητήθηκαν παραπάνω (IMLS, DMLS), η διαβρεξιμότητα, η επιφανειακή τάση και το ιξώδες τήγματος παίζουν μεγάλο ρόλο στη διαδικασία κατασκευής των προϊόντων. Ένας από τους παράγοντες που περιορίζουν τη χρήση διάφορων μετάλλων και κραμάτων για το SLM είναι το φαινόμενο «beading» ή σφαιροειδοποίησης, το οποίο εκδηλώνεται με τη μορφή σχηματισμού σταγονιδίων που βρίσκονται χωριστά το ένα από το άλλο, αντί για μια συνεχή διαδρομή τήξης. Ο λόγος για αυτό είναι η επιφανειακή τάση, υπό την επίδραση της οποίας το τήγμα τείνει να μειώσει την ενέργεια της ελεύθερης επιφάνειας σχηματίζοντας ένα σχήμα με ελάχιστη επιφάνεια, δηλ. μπάλα. Σε αυτή την περίπτωση, το φαινόμενο Marangoni παρατηρείται στη λωρίδα τήγματος, η οποία εκδηλώνεται με τη μορφή μετααγωγικών ροών λόγω της κλίσης της επιφανειακής τάσης ως συνάρτηση της θερμοκρασίας, και εάν οι αγωγές ροές είναι αρκετά ισχυρές, η λωρίδα τήγματος χωρίζεται σε μεμονωμένες σταγόνες. Επίσης, μια σταγόνα τήγματος, υπό την επίδραση της επιφανειακής τάσης, τραβάει κοντά σωματίδια σκόνης, γεγονός που οδηγεί στο σχηματισμό ενός λάκκου γύρω από τη σταγόνα και, τελικά, σε αύξηση του πορώδους.

Σφαιροποίηση χάλυβα M3/2 υπό μη βέλτιστες συνθήκες SLM

Το φαινόμενο σφαιροποίησης διευκολύνεται επίσης από την παρουσία οξυγόνου, το οποίο, διαλύοντας στο μέταλλο, αυξάνει το ιξώδες του τήγματος, το οποίο οδηγεί σε επιδείνωση της διασποράς και της διαβρεξιμότητας του τήγματος κάτω από το υποκείμενο στρώμα. Για τους λόγους που αναφέρονται παραπάνω, δεν είναι δυνατή η λήψη προϊόντων από μέταλλα όπως ο κασσίτερος, ο χαλκός, ο ψευδάργυρος και ο μόλυβδος.

Αξίζει να σημειωθεί ότι ο σχηματισμός μιας υψηλής ποιότητας λωρίδας τήξης σχετίζεται με την αναζήτηση του βέλτιστου εύρους παραμέτρων διεργασίας (ισχύς ακτινοβολίας λέιζερ και ταχύτητα σάρωσης), το οποίο είναι συνήθως αρκετά στενό.

Επίδραση των παραμέτρων SLM χρυσού στην ποιότητα των σχηματισμένων στρωμάτων

Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει την ποιότητα των προϊόντων είναι η εμφάνιση εσωτερικών τάσεων, η παρουσία και το μέγεθος των οποίων εξαρτάται από τη γεωμετρία του προϊόντος, τους ρυθμούς θέρμανσης και ψύξης, τον συντελεστή θερμικής διαστολής, τις αλλαγές φάσης και δομής στο μέταλλο. Σημαντικές εσωτερικές τάσεις μπορεί να οδηγήσουν σε παραμόρφωση των προϊόντων και στο σχηματισμό μικρορωγμών και μακρορωγμών.

Ο αρνητικός αντίκτυπος των παραπάνω παραγόντων μπορεί να μειωθεί εν μέρει με τη χρήση θερμαντικών στοιχείων, τα οποία συνήθως βρίσκονται μέσα στην εγκατάσταση γύρω από το υπόστρωμα ή τον τροφοδότη με σκόνη. Η θέρμανση της σκόνης αφαιρεί επίσης την προσροφημένη υγρασία από την επιφάνεια των σωματιδίων και έτσι μειώνει τον βαθμό οξείδωσης.

Κατά την επιλεκτική τήξη με λέιζερ μετάλλων όπως το αλουμίνιο, ο χαλκός, ο χρυσός, ένα σημαντικό ζήτημα είναι η υψηλή ανακλαστικότητά τους, η οποία απαιτεί τη χρήση ενός ισχυρού συστήματος λέιζερ. Αλλά η αύξηση της ισχύος της δέσμης λέιζερ μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την ακρίβεια διαστάσεων του προϊόντος, καθώς με την υπερβολική θέρμανση η σκόνη θα λιώσει και θα πυροσυσσωματωθεί έξω από το σημείο του λέιζερ λόγω της ανταλλαγής θερμότητας. Η υψηλή ισχύς λέιζερ μπορεί επίσης να οδηγήσει σε αλλαγή της χημικής σύνθεσης ως αποτέλεσμα της εξάτμισης μετάλλων, η οποία είναι ιδιαίτερα χαρακτηριστική για κράματα που περιέχουν συστατικά χαμηλής τήξης και έχουν υψηλή τάση ατμών.

Μηχανικές ιδιότητες υλικών που λαμβάνονται με τη μέθοδο SLM (EOS GmbH)

Εάν ένα προϊόν που λαμβάνεται με μία από τις μεθόδους που συζητήθηκαν παραπάνω έχει υπολειπόμενο πορώδες, τότε, εάν είναι απαραίτητο, χρησιμοποιούνται πρόσθετες τεχνολογικές εργασίες για την αύξηση της πυκνότητάς του. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται μέθοδοι μεταλλουργίας σκόνης - πυροσυσσωμάτωση ή θερμή ισοστατική συμπίεση (HIP). Η πυροσυσσωμάτωση σας επιτρέπει να εξαλείψετε το υπολειπόμενο πορώδες και να αυξήσετε τις φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του υλικού. Πρέπει να τονιστεί ότι οι διαμορφωμένες ιδιότητες του υλικού κατά τη διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης καθορίζονται από τη σύνθεση και τη φύση του υλικού, το μέγεθος και τον αριθμό των πόρων, την παρουσία ελαττωμάτων και άλλους πολυάριθμους παράγοντες. Το HIP είναι μια διαδικασία κατά την οποία ένα τεμάχιο εργασίας τοποθετημένο σε αεριοστάτη συμπιέζεται υπό την επίδραση υψηλής θερμοκρασίας και συμπίεσης από ένα αδρανές αέριο. Η πίεση λειτουργίας και η μέγιστη θερμοκρασία που επιτυγχάνεται από τον γκαζοστάτη εξαρτώνται από το σχεδιασμό και τον όγκο του. Για παράδειγμα, ένας γκαζοστάτης με διαστάσεις θαλάμου εργασίας 900x1800 mm είναι ικανός να αναπτύξει θερμοκρασία 1500 o C και πίεση 200 MPa. Η χρήση HIP για την εξάλειψη του πορώδους χωρίς τη χρήση ερμητικού κελύφους είναι δυνατή εάν το πορώδες δεν είναι μεγαλύτερο από 8%, αφού σε υψηλότερη τιμή, το αέριο θα εισέλθει στο προϊόν μέσω των πόρων, αποτρέποντας έτσι τη συμπύκνωση. Είναι δυνατό να αποτραπεί η διείσδυση αερίου στο προϊόν κατασκευάζοντας ένα σφραγισμένο χαλύβδινο κέλυφος που ακολουθεί το σχήμα της επιφάνειας του προϊόντος. Ωστόσο, τα προϊόντα που παράγονται από την παραγωγή προσθέτων έχουν γενικά πολύπλοκα σχήματα, γεγονός που καθιστά αδύνατη την παραγωγή ενός τέτοιου κελύφους. Σε αυτή την περίπτωση, για συμπύκνωση, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα δοχείο σφραγισμένο με κενό στο οποίο το προϊόν τοποθετείται σε κοκκώδες μέσο (Al 2 O 3, BN hex, γραφίτης), το οποίο μεταδίδει πίεση στα τοιχώματα του προϊόντος.

Μετά την κατασκευή προσθέτων με τη μέθοδο SLM, τα υλικά χαρακτηρίζονται από ανισοτροπία ιδιοτήτων, αυξημένη αντοχή και μειωμένη ολκιμότητα λόγω της παρουσίας υπολειμματικών τάσεων. Για να αφαιρεθούν οι υπολειπόμενες τάσεις, να αποκτηθεί μια δομή πιο ισορροπημένης και να αυξηθεί το ιξώδες και η πλαστικότητα του υλικού, πραγματοποιείται ανόπτηση.

Σύμφωνα με τα παρακάτω στοιχεία, μπορεί να σημειωθεί ότι τα προϊόντα που λαμβάνονται με επιλεκτική τήξη λέιζερ είναι, σε ορισμένες περιπτώσεις, ισχυρότερα από τα χυτά κατά 2-12%. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί από το μικρό μέγεθος των κόκκων και των μικροδομικών συστατικών που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της ταχείας ψύξης του τήγματος. Η ταχεία υπερψύξη του τήγματος αυξάνει σημαντικά τον αριθμό των πυρήνων στερεάς φάσης και μειώνει το κρίσιμο μέγεθός τους. Ταυτόχρονα, οι ταχέως αναπτυσσόμενοι κρύσταλλοι στους πυρήνες, που έρχονται σε επαφή μεταξύ τους, αρχίζουν να εμποδίζουν την περαιτέρω ανάπτυξή τους, σχηματίζοντας έτσι μια λεπτόκοκκη δομή. Οι πυρήνες κρυστάλλωσης είναι συνήθως μη μεταλλικά εγκλείσματα, φυσαλίδες αερίου ή σωματίδια που απελευθερώνονται από το τήγμα με την περιορισμένη διαλυτότητά τους στην υγρή φάση. Και στη γενική περίπτωση, σύμφωνα με τη σχέση Hall-Petch, καθώς μειώνεται το μέγεθος των κόκκων, η αντοχή του μετάλλου αυξάνεται λόγω του αναπτυγμένου δικτύου ορίων κόκκων, που αποτελεί αποτελεσματικό εμπόδιο στην κίνηση των εξαρθρώσεων. Πρέπει να σημειωθεί ότι λόγω της διαφορετικής χημικής σύνθεσης των κραμάτων και των ιδιοτήτων τους, των συνθηκών διεξαγωγής του SLM, τα προαναφερθέντα φαινόμενα που συμβαίνουν κατά την ψύξη του τήγματος εκδηλώνονται με διαφορετικές εντάσεις.

Μηχανικές ιδιότητες υλικών που παράγονται από SLM και χύτευση

Φυσικά, αυτό δεν σημαίνει ότι τα προϊόντα που λαμβάνονται με επιλεκτική τήξη με λέιζερ είναι καλύτερα από τα προϊόντα που λαμβάνονται με παραδοσιακές μεθόδους. Λόγω της μεγάλης ευελιξίας των παραδοσιακών μεθόδων παραγωγής προϊόντων, οι ιδιότητες του προϊόντος μπορούν να ποικίλλουν εντός ευρέων ορίων. Για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως η αλλαγή των συνθηκών θερμοκρασίας κρυστάλλωσης, η κράμα και η εισαγωγή τροποποιητών στο τήγμα, η θερμική ανακύκλωση, η μεταλλουργία σκόνης, η θερμομηχανική επεξεργασία κ.λπ., είναι δυνατό να επιτευχθεί σημαντική αύξηση στις ιδιότητες αντοχής των μετάλλων και των κραμάτων. .

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η χρήση ανθρακούχου χάλυβα για την κατασκευή προσθέτων, ως υλικό που είναι φθηνό και έχει μεγάλο εύρος μηχανικών ιδιοτήτων. Είναι γνωστό ότι με την αύξηση της περιεκτικότητας σε άνθρακα στον χάλυβα, βελτιώνεται η ρευστότητα και η διαβρεξιμότητά του. Χάρη σε αυτό, είναι δυνατό να ληφθούν απλά προϊόντα που περιέχουν 0,6-1% C με πυκνότητα 94-99%, ενώ στην περίπτωση χρήσης καθαρού σιδήρου η πυκνότητα είναι περίπου 83%. Στη διαδικασία της επιλεκτικής τήξης με λέιζερ του ανθρακούχου χάλυβα, η διαδρομή τήξης, όταν ψύχεται γρήγορα, σβήνει και σκληρύνεται σε δομή τρωστίτη ή σορβιτόλης. Ταυτόχρονα, λόγω θερμικών τάσεων και δομικών μετασχηματισμών, μπορεί να προκύψουν σημαντικές τάσεις στο μέταλλο, οι οποίες οδηγούν σε φθορά του προϊόντος ή στο σχηματισμό ρωγμών. Η γεωμετρία του προϊόντος είναι επίσης σημαντική, καθώς αιχμηρές μεταβάσεις κατά μήκος της διατομής, μικρές ακτίνες καμπυλότητας και αιχμηρές ακμές προκαλούν το σχηματισμό ρωγμών. Εάν μετά την «εκτύπωση» ο χάλυβας δεν έχει ένα δεδομένο επίπεδο μηχανικών ιδιοτήτων και πρέπει να υποβληθεί σε πρόσθετη θερμική επεξεργασία, τότε θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι περιορισμοί που αναφέρθηκαν προηγουμένως στο σχήμα του προϊόντος, προκειμένου να αποφευχθεί η εμφάνιση ελαττωμάτων σκλήρυνσης. Αυτό μειώνει σε κάποιο βαθμό τις προοπτικές χρήσης SLM για χάλυβες άνθρακα.
Κατά την παραγωγή προϊόντων με παραδοσιακές μεθόδους, ένας από τους τρόπους αποφυγής ρωγμών και απαγωγών κατά τη σκλήρυνση προϊόντων σύνθετου σχήματος είναι η χρήση κραματοποιημένων χάλυβων, στους οποίους τα κραματικά στοιχεία που υπάρχουν, εκτός από την αύξηση των μηχανικών και φυσικοχημικών ιδιοτήτων, καθυστερούν την μετασχηματισμός του ωστενίτη κατά την ψύξη, με αποτέλεσμα να μειώνεται ο κρίσιμος ρυθμός σκλήρυνσης και να αυξάνεται η σκληρυνσιμότητα του κραματοποιημένου χάλυβα. Λόγω του χαμηλού κρίσιμου ρυθμού σβέσης, ο χάλυβας μπορεί να θερμανθεί σε λάδι ή αέρα, γεγονός που μειώνει το επίπεδο των εσωτερικών τάσεων. Ωστόσο, λόγω της ταχείας απομάκρυνσης της θερμότητας, της αδυναμίας ρύθμισης του ρυθμού ψύξης και της παρουσίας άνθρακα στον κράμα χάλυβα, αυτή η τεχνική δεν αποφεύγει την εμφάνιση σημαντικών εσωτερικών τάσεων κατά την επιλεκτική τήξη με λέιζερ.

Σε σχέση με τα προαναφερθέντα χαρακτηριστικά, χρησιμοποιούνται μαρτενσιτικοί χάλυβες (MS 1, GP 1, PH 1) για SLM, στους οποίους επιτυγχάνεται ενίσχυση και αυξημένη σκληρότητα λόγω της απελευθέρωσης διάσπαρτων διαμεταλλικών φάσεων κατά τη θερμική επεξεργασία. Αυτοί οι χάλυβες περιέχουν μικρή ποσότητα άνθρακα (εκατοστά τοις εκατό), με αποτέλεσμα το πλέγμα μαρτενσίτη που σχηματίζεται κατά την ταχεία ψύξη να χαρακτηρίζεται από χαμηλό βαθμό παραμόρφωσης και, κατά συνέπεια, να έχει χαμηλή σκληρότητα. Η χαμηλή σκληρότητα και η υψηλή πλαστικότητα του μαρτενσίτη εξασφαλίζουν χαλάρωση των εσωτερικών τάσεων κατά τη σκλήρυνση και η υψηλή περιεκτικότητα σε στοιχεία κράματος επιτρέπει στον χάλυβα να φρύσσεται σε μεγάλο βάθος με σχεδόν οποιοδήποτε ρυθμό ψύξης. Χάρη σε αυτό, το SLM μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή και τη θερμική επεξεργασία σύνθετων προϊόντων χωρίς φόβο ρωγμών ή παραμόρφωσης. Εκτός από τους χάλυβες μαρκινγκ, μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ορισμένοι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες, όπως ο 316L.

Συμπερασματικά, μπορεί να σημειωθεί ότι οι προσπάθειες επιστημόνων και μηχανικών στοχεύουν τώρα σε μια πιο λεπτομερή μελέτη της επίδρασης των παραμέτρων της διαδικασίας στη δομή, τον μηχανισμό και τα χαρακτηριστικά συμπίεσης διαφόρων υλικών υπό την επίδραση της ακτινοβολίας λέιζερ, προκειμένου να βελτιωθούν. τις μηχανικές ιδιότητες και αυξάνουν τη γκάμα υλικών κατάλληλων για την κατασκευή προσθέτων λέιζερ.

Παρόμοια με το SLS, μερικές φορές μπερδεύονται, αλλά εξακολουθούν να υπάρχουν θεμελιώδεις διαφορές. Ενώ στο SLS τα σωματίδια σκόνης συντήκονται μεταξύ τους, εδώ τα μεταλλικά σωματίδια φέρονται σε λιωμένη κατάσταση και συγκολλούνται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα άκαμπτο πλαίσιο.

Η μέθοδος παίρνει τις ρίζες της από Fraunhofer Institute of Laser Technology, Γερμανία(Fraunhofer-InstitutfürLasertechnik). Το 1995, ένα ερευνητικό πρόγραμμα γεννήθηκε εκεί, με επικεφαλής τους Wilhelm Meiners και Kurt Wissenbach. Αυτοί οι επιστήμονες αργότερα ένωσαν τις δυνάμεις τους με τον Dietor Schwarz και τον Matthias Fokele από την F&S Stereolithografiietechnik GmbH, μετά την οποία η μέθοδος κατοχυρώθηκε επίσημα με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Στις αρχές της δεκαετίας του 2000, η F&S άρχισε να συνεργάζεται με μια άλλη γερμανική εταιρεία, την MCP HEK Gmbh. Στο τέλος, οι επιστήμονες που προαναφέρθηκαν ήταν επικεφαλής των εταιρειών SLM Solutions Gmbh και Realizer Gmbh, οι οποίες κληρονόμησαν όλες τις προηγούμενες εξελίξεις.

Η κατασκευή του μοντέλου ξεκινά με την προετοιμασία του αρχείου stl που είναι ήδη γνωστό σε εμάς. Το πρόγραμμα υπολογίζει ένα δισδιάστατο μοντέλο κάθε στρώματος σε προσαυξήσεις τυπικά από 20 έως 100 μικρά, προσθέτοντας δομές στήριξης όπως απαιτείται. Η κατασκευή κάθε στρώσης ξεκινά με την ομοιόμορφη κατανομή της μεταλλικής σκόνης σε όλη την επιφάνεια του υποστρώματος πάνω στο οποίο θα «αναπτυχθεί» το μοντέλο. Αυτή η εργασία γίνεται είτε με ρολό είτε με βούρτσα παρόμοια με υαλοκαθαριστήρα αυτοκινήτου. Κάθε στρώμα αντιστοιχεί σε ένα 2D διάγραμμα. Η όλη διαδικασία λαμβάνει χώρα σε έναν ειδικό σφραγισμένο θάλαμο γεμάτο με ένα αδρανές αέριο, για παράδειγμα, αργό ή άζωτο με εξαιρετικά χαμηλές προσμίξεις οξυγόνου. Το σύστημα εστίασης κατευθύνει ένα λέιζερ υψηλής ισχύος στα μεταλλικά σωματίδια, λιώνοντας και συγκολλώντας τα μεταξύ τους. Η συνεχής συγκόλληση λαμβάνει χώρα κατά μήκος των περιγραμμάτων του τμήματος και τα εσωτερικά των τοιχωμάτων του αντικειμένου μπορούν να συγκολληθούν σύμφωνα με το σχέδιο πλήρωσης. Παρεμπιπτόντως, η σκόνη που απομένει από την κατασκευή ενός εξαρτήματος μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί για την εκτύπωση του επόμενου μοντέλου.

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται περιλαμβάνουν ανοξείδωτο χάλυβα, χάλυβα εργαλείων, χρώμιο και κράματα κοβαλτίου, τιτάνιο και αλουμίνιο. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και άλλα κράματα - το κύριο πράγμα είναι ότι, όταν συνθλίβονται στην κατάσταση των σωματιδίων, έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά ρευστότητας.

Η τρισδιάστατη μοντελοποίηση με τη μέθοδο SLM έχει γίνει μέρος της ζωής μας. Έχει μειώσει σημαντικά τον χρόνο που απαιτείται για την κατασκευή ενός ανταλλακτικού σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους. Ορισμένοι τομείς της κατασκευής αεροσκαφών, της παραγωγής πετρελαίου και της ιατρικής απαιτούν τόσο πολύπλοκα εξαρτήματα που απλά δεν μπορούν να κατασκευαστούν με κανέναν άλλο τρόπο. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για αντικείμενα με μεγάλη επιφάνεια και ταυτόχρονα μικρό όγκο. Φανταστείτε ένα ψυγείο για οποιοδήποτε σύστημα ψύξης.

Η επιλεκτική τήξη με λέιζερ είναι απαραίτητη στην αεροδιαστημική βιομηχανία, όπου υπάρχει αγώνας για κάθε γραμμάριο - το εξάρτημα πρέπει να εκτελεί τις λειτουργίες του και να είναι ανθεκτικό, αλλά ταυτόχρονα να έχει υλικό μόνο σε εκείνα τα μέρη όπου δεν μπορεί να γίνει χωρίς αυτό.

Η τεχνολογία SLM - στρώση προς στρώση τήξη λέιζερ μεταλλικών σκονών - είναι μια από τις μεθόδους πρόσθετης κατασκευής προϊόντων, η οποία κερδίζει ενεργά δυναμική τα τελευταία 10 χρόνια. Σήμερα είναι ήδη αρκετά γνωστό στους εργάτες της παραγωγής. Αυτή η τεχνολογία έχει πολλά πλεονεκτήματα, αλλά, ωστόσο, όταν χρησιμοποιείτε εξοπλισμό που βασίζεται σε αυτήν, δεν παύει ποτέ να εκπλήσσει με νέες δυνατότητες. Ο ηγέτης στην παραγωγή εξοπλισμού για αυτήν την τεχνολογία είναι η γερμανική εταιρεία SLM Solutions.

Πρόσφατα, εκπροσωπήθηκε στην Ουκρανία από την κοινοπραξία Stan-Komplekt.

Η τεχνολογία επιλεκτικής τήξης λέιζερ (SLM) είναι μια ισχυρή κατασκευαστική λύση για επιχειρήσεις που απαιτούν γρήγορη, υψηλής ποιότητας παραγωγή προϊόντων από διάφορα μέταλλα.

Οι εγκαταστάσεις SLM σήμερα χρησιμοποιούνται ενεργά σε μια ποικιλία βιομηχανιών για την παραγωγή βασικών μοντέλων, ένθετων καλουπιών, πρωτότυπων εξαρτημάτων, τελικών προϊόντων από ανοξείδωτο και χάλυβα εργαλείων με την παρουσία κοβαλτίου, χρωμίου και νικελίου, καθώς και αλουμινίου, τιτανίου κ.λπ. .

Η εταιρεία SLM Solutions είναι ο ιδρυτής της τεχνολογίας SLM (πατέντες από το 1998) και ένας από τους παγκόσμιους ηγέτες στην παραγωγή εξοπλισμού που βασίζεται σε αυτήν.

Τα κεντρικά γραφεία και οι εγκαταστάσεις παραγωγής της εταιρείας βρίσκονται στο Lübeck (Γερμανία).

Τεχνολογία SLM

Η τεχνολογία SLM είναι μια προηγμένη μέθοδος για την παραγωγή μεταλλικών προϊόντων μέσω τήξης λέιζερ στρώσης προς στρώση μεταλλικής σκόνης με βάση τρισδιάστατα δεδομένα σχεδιασμού υπολογιστή. Έτσι, ο χρόνος παραγωγής του προϊόντος μειώνεται σημαντικά, αφού εξαφανίζεται η ανάγκη για πολλές ενδιάμεσες λειτουργίες. Η διαδικασία περιλαμβάνει τη διαδοχική τήξη πολύ λεπτών στρωμάτων μεταλλικής σκόνης χρησιμοποιώντας σύγχρονα λέιζερ ινών, δημιουργώντας έτσι το τμήμα στρώμα προς στρώμα. Χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνολογία, δημιουργούνται ακριβή και ομοιογενή μεταλλικά προϊόντα. Χρησιμοποιώντας την ευρύτερη γκάμα ποιοτικών μετάλλων και κραμάτων σε σκόνη, η τεχνολογία SLM προσφέρει άνευ προηγουμένου ευκαιρίες για την παραγωγή μεταλλικών εξαρτημάτων για βιομηχανική χρήση με σημαντικά πλεονεκτήματα: πολυπλοκότητα σχήματος, ελάχιστο πάχος τοιχώματος, συνδυασμός υλικών διαφορετικής πυκνότητας, μη μεταποίηση, απόβλητα -δωρεάν, οικονομικά αποδοτικό κ.λπ. Το λογισμικό , που παρέχεται με τις εγκαταστάσεις, έχει ανοιχτή αρχιτεκτονική, η οποία επεκτείνει επίσης τις δυνατότητες αυτού του εξοπλισμού.

Αρχή λειτουργίας των εγκαταστάσεων SLM:

για προκαταρκτική επεξεργασία δεδομένων στο σύστημα CAD, οι διατομές του τρισδιάστατου μοντέλου λαμβάνονται με ένα ελάχιστο βήμα.
η σκόνη τροφοδοτείται από μια αυτόματη συσκευή σε μια θερμαινόμενη πλατφόρμα εργασίας και στη συνέχεια διανέμεται στο επίπεδο σε ένα λεπτό στρώμα προς δύο κατευθύνσεις.
Τα σύγχρονα λέιζερ από υαλοβάμβακα λιώνουν ένα τμήμα κάθε στρώσης σύμφωνα με τη διαμόρφωση διατομής του εξαρτήματος σε καθορισμένες συντεταγμένες (αρχείο 2D).

Σε αυτή την περίπτωση, κάθε επόμενο στρώμα συγχωνεύεται στο προηγούμενο, γεγονός που εξασφαλίζει την ομοιογένεια της δομής του προϊόντος.

Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι το προϊόν που προκύπτει να ταιριάζει ακριβώς με το μοντέλο CAD. Η μη λιωμένη μεταλλική σκόνη αφαιρείται σε ειδικό θάλαμο και στη συνέχεια χρησιμοποιείται ξανά.

Πλεονεκτήματα των εγκαταστάσεων SLM

Η σειρά SLM Solutions εξοπλισμού πυροσυσσωμάτωσης λέιζερ χρησιμοποιεί μια σειρά από μοναδικά, προστατευμένα με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας εξαρτήματα και τεχνολογίες:

MULTILASER— ταυτόχρονη χρήση δύο ή περισσότερων (έως 4) λέιζερ.

Σας επιτρέπει να επιτύχετε 400% αύξηση στην παραγωγικότητα σε σύγκριση με μηχανήματα εξοπλισμένα με ένα μόνο λέιζερ.

ΜΟΝΑΔΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΔΙΠΛΗΣ ΔΟΚΩΝ(Hull-Core). Η χρήση δύο διαφορετικών λέιζερ (400 και 1000 W) επιτρέπει την πυροσυσσωμάτωση να εκτελείται ακόμη πιο γρήγορα και με καλύτερη ποιότητα. Όπου απαιτείται μέγιστη ακρίβεια, η εγκατάσταση χρησιμοποιεί μια πιο λεπτή δέσμη λέιζερ και για να αυξηθεί η ταχύτητα σε απλές περιοχές, αυξάνεται η ισχύς και η διάμετρός της.

ΔΙΑΝΟΜΗ ΣΚΟΝΗΣ ΣΕ ΔΥΟ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΕΙΣ ΑΜΕΣΑ.Η καινοτόμος λύση της SLM Solutions σας επιτρέπει να μειώσετε το χρόνο εκτύπωσης ενός προϊόντος στο μισό.

ΜΕΓΑΛΑ ΜΕΓΕΘΗ ΚΑΜΕΡΑΣμεγάλα μεγέθη κάμερας.Οι μηχανές πυροσυσσωμάτωσης λέιζερ έχουν σχεδιαστεί για να παράγουν εξαρτήματα μεγέθους έως 500 × 280 × 365 mm (στοιχεία τον Ιούλιο του 2016). Σε μία συνεδρία μπορείτε να αναπτύξετε ένα μεγάλο προϊόν ή πολλά μικρά.

ΥΨΗΛΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΑΚΡΙΒΕΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ:Ο εξοπλισμός SLM Solutions μπορεί να παράγει έως και 105 cm 3 τελικών μεταλλικών προϊόντων ανά ώρα. Αυτό είναι 1,5-2 φορές περισσότερο από τις εγκαταστάσεις αυτής της κατηγορίας από άλλους κατασκευαστές. Ταυτόχρονα, το ελάχιστο πάχος τοιχώματος είναι μόνο 180 μικρά. Μαζί με αυτό, τα συστήματα παρακολούθησης για τη διαδικασία κατασκευής και τον ποιοτικό έλεγχο εξασφαλίζουν υψηλό βαθμό ελέγχου σε ολόκληρο τον κύκλο παραγωγής.

ΕΥΡΕΙΑ ΕΠΙΛΟΓΗ ΥΛΙΚΩΝ:ανοξείδωτος χάλυβας, χάλυβας εργαλείων, κράματα με βάση το νικέλιο, αλουμίνιο, τιτάνιο. Τα πιο αξιόπιστα, αποδεδειγμένα και ευέλικτα υλικά. Χάρη στην αρχιτεκτονική ανοιχτού λογισμικού, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μεταλλική σκόνη από οποιονδήποτε κατασκευαστή, χωρίς πρόσθετο κόστος αναδιαμόρφωσης.

ΕΙΔΙΚΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ.Οι μηχανές τήξης λέιζερ SLM Solutions παρέχονται πλήρως με ειδικό λογισμικό - SLM AutoFabMC. Όχι μόνο απλοποιεί τη διαδικασία εκτύπωσης 3D, αλλά σας επιτρέπει επίσης να βελτιστοποιήσετε τις διαδικασίες παραγωγής όσο το δυνατόν περισσότερο, να μειώσετε τον χρόνο κατασκευής και να εξοικονομήσετε αναλώσιμα. Το λογισμικό σάς επιτρέπει να εργάζεστε με τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες μορφές δεδομένων στο περιβάλλον παραγωγής.

Κύριοι καταναλωτές

Αεροδιαστημική βιομηχανία