Kovový 3D tisk SLM proces vysvětlen

SLM je pokročilá technologie kovového 3D tisku, která využívá k roztavení a tuhnutí kovového prášku vrstvu po vrstvě vysokoenergetický laserový paprsek, což umožňuje přesnou výrobu kovových dílů. Tato technologie nabízí výhody, jako je vysoká přesnost, vysoká pevnost a vysoká houževnatost, díky čemuž je zvláště vhodná pro výrobu kovových dílů se složitou geometrií. Ve srovnání s tradičními metodami zpracování kovů (jako je lití, kování a obrábění) spadá SLM do kategorie aditivní výroby. Nevyžaduje žádné formy ani řezné nástroje a dokáže „vypěstovat“ pevné díly přímo z 3D digitálního modelu, což výrazně zkracuje cyklus vývoje produktu od návrhu až po výrobu. Obzvláště se-hodí pro malosériovou-výrobu mnoha různých-dílů se složitou strukturou.

počítač, poté skenuje kovový prášek vrstvu po vrstvě podle předem nastavené cesty 3D modelu. Teplo z laserového paprsku roztaví prášek, který pak rychle ochlazuje a tuhne a tvoří jednu kovovou vrstvu za druhou. Nahromaděním vrstev-po{4}}vrstvě je nakonec vyroben kompletní kovový díl.

Konkrétně celý proces tvarování typicky probíhá v utěsněné komoře naplněné inertním plynem (jako je dusík nebo argon), aby se zabránilo oxidaci kovového prášku při vysokých teplotách a zajistila se kvalita tvarování. Po naskenování každé vrstvy se stavební platforma sníží o jednu tloušťku vrstvy (typicky 20–50 mikronů) a mechanismus nanášení prášku -poté nanese novou vrstvu prášku na již -vytvořenou vrstvu. Laser poté znovu naskenuje obrys příčného řezu této vrstvy. Tento cyklus se opakuje, dokud není celá část dokončena. Po vytvarování musí díl projít dalšími po-procesními kroky, jako je odstranění prášku, odstranění podpěry, tepelné zpracování a povrchová úprava, než se z něj stane finální dodávaný díl.

Vysoká přesnost: SLM může dosáhnout přesnosti tisku na úrovni mikronů{0}}, což zajišťuje, že rozměry a tvar součásti přesně odpovídají požadavkům návrhu -, což je zvláště vhodné pro složité prvky, jako jsou vnitřní průtokové kanály a mřížkové struktury, které je obtížné obrábět tradičními metodami.

Vysoká pevnost a houževnatost: Vzhledem k tomu, že kovový prášek je během procesu tavení laserem plně roztaven a rychle ochlazen, díly vyrobené společností SLM mají vynikající mechanické vlastnosti a houževnatost, přičemž hustota dosahuje v některých výkonnostních metrikách více než 99 % - a dokonce předčí tradiční výkovky.

Materiálová rozmanitost: SLM lze použít na širokou škálu kovových materiálů, včetně nerezové oceli, niklových-superslitin, titanových slitin, kobaltových-slitin chrómu, vysokopevnostních hliníkových slitin a drahých kovů, a nabízí široké možnosti pro aplikace v různých oblastech.

Vysoká svoboda designu: Díky principu výroby vrstvy-by{1}}vrstvy umožňuje SLM-optimalizované návrhy, lehké příhradové struktury a integrované-komponenty z jednoho kusu, kterých tradiční procesy nedokážou dosáhnout, a efektivně tak snižuje počet dílů a montážních kroků.

Vysoké využití materiálu: Netavený kovový prášek lze získat, prosít a znovu použít, což výrazně snižuje odpad ze surovin ve srovnání s tradičním subtraktivním obráběním.

Technologie SLM je široce používána v mnoha oblastech, včetně, ale nejen:

Letectví: Společnost SLM může vyrábět složité součásti leteckých motorů a součásti kosmických lodí, čímž uspokojí poptávku leteckého průmyslu po vysoce{0}}výkonných a lehkých součástech -, jako jsou lopatky turbín, palivové trysky a konstrukční držáky.

Automobilová výroba: V automobilovém průmyslu lze SLM použít k výrobě lehkých automobilových dílů, jako jsou uložení motoru a převodovky, což pomáhá zlepšit spotřebu paliva a výkon. Je také široce používán v závodním průmyslu pro zakázkový vývoj dílů.

Biomedicína: V oblasti biomedicíny může SLM vyrábět zdravotnická zařízení, jako jsou umělé klouby a zubní implantáty, a poskytovat tak pacientům individuální řešení léčby. Jeho porézní struktura také pomáhá podporovat růst a integraci kostní tkáně.

Výroba forem: SLM lze použít k výrobě vstřikovacích forem s konformními chladicími kanály, což výrazně zlepšuje účinnost chlazení forem, zkracuje cykly vstřikování a zlepšuje výtěžnost produktu.

Průmyslová zařízení a elektronický odvod tepla: V oborech, jako jsou komunikační zařízení a přesné elektronické chladiče, lze SLM použít také k výrobě funkčních dílů se složitými chladicími strukturami, čímž se zlepší účinnost odvodu tepla a strukturální integrace.

Vývoj technologie SLM lze vysledovat až do 80. let minulého století. V té době americká společnost 3D Systems uvedla na trh první komerční zařízení SLM, což znamenalo oficiální zrod technologie SLM. Jak se technologie neustále vyvíjela a zdokonalovala, výkon zařízení SLM se neustále zlepšoval, s výrazným zlepšením rychlosti tisku, přesnosti a spolehlivosti. Rozsah aplikací technologie SLM se zároveň neustále rozšiřoval - od původního zaměření na letecký průmysl až po automobilovou výrobu, biomedicínu a mnoho dalších oborů.

Vstupem do 21. století, s vyspělým počítačem{1}}podporovaným designem, algoritmy optimalizace topologie a-technologií vysoce výkonných laserů, zařízení SLM postupně dosáhlo multi-laserového kolaborativního skenování, větších objemů sestav a inteligentnějších systémů monitorování procesů. Efektivita výroby a velikost konstrukce se podstatně zvýšily, což posunulo výrobu aditivních kovů z laboratorního výzkumu k aplikacím v průmyslovém-měřítku.

Při pohledu do budoucna, jak se technologie SLM neustále vyvíjí a inovuje, očekávají se průlomy v následujících oblastech:

Zlepšení rychlosti a efektivity tisku: Optimalizací drah laserového skenování a metod nanášení prášku-se očekává další zlepšení rychlosti tisku a efektivity technologie SLM.

Rozšiřování aplikačního rozsahu: Vzhledem k tomu, že věda o materiálech pokračuje vpřed a objevují se nové materiály, bude technologie SLM schopna sloužit ještě širšímu spektru oborů a uspokojit rozmanitější potřeby.

Snížení nákladů: S tím, jak se technologie SLM rozšiřuje a konkurence na trhu se zintenzivňuje, očekává se, že náklady na vybavení a materiály budou postupně klesat, čímž se tato pokročilá technologie stane dostupnější pro více společností a jednotlivců.

Integrace inteligence a digitalizace: Kombinace algoritmů umělé inteligence pro adaptivní optimalizaci parametrů procesu spolu se-systémy sledování stavu taveniny a detekce defektů v reálném čase s online nastavením zpětné vazby zlepší stabilitu a konzistenci procesu tváření.

Vývoj standardizace a systému kvality: S prohlubováním průmyslových aplikací budou standardy kontrol a certifikační systémy pro díly SLM nadále zdokonalovány - zejména v oblastech s vysokou-spolehlivostí, jako je letectví a medicína -, čímž se technologie posune z „použitelné“ na „důvěryhodnou“.

Navzdory svým významným výhodám technologie SLM stále čelí několika výzvám v praktické aplikaci. První je otázka zbytkového napětí: v důsledku rychlého zahřívání a ochlazování, které je vlastní vrstvě-vytvářením{2}}vrstvy, jsou součásti náchylné k výraznému vnitřnímu tepelnému napětí, které může vést k deformaci nebo dokonce prasknutí. V důsledku toho je často ke zmírnění stresu vyžadován rozumný návrh nosné konstrukce a následné{4}}tepelné zpracování. Druhým je drsnost povrchu: SLM-tvarované díly obvykle vykazují určitý stupeň schodovitého-efektu a přilnavosti prášku, takže povrchy, které vyžadují přesné lícování, často ještě potřebují obrábění nebo leštění jako dodatečné-zpracování. Kromě toho zůstávají náklady na vybavení a materiál relativně vysoké a proces je ekonomičtější pro malosériovou-výrobu jednotlivých kusů než pro hromadnou výrobu. Společnosti zvažující tento proces potřebují komplexně vyhodnotit složitost součásti, velikost šarže a požadavky na výkon.

Kromě SLM patří k dalším běžným technologiím výroby kovových aditiv tavení elektronovým paprskem (EBM) a přímé sintrování kovů laserem (DMLS). EBM využívá jako zdroj tepla elektronový paprsek a tvoří součásti ve vakuovém prostředí, takže je vhodný pro materiály citlivé na kyslík-, jako jsou slitiny titanu, s relativně nižším zbytkovým napětím -, ačkoli náklady na zařízení jsou vyšší a kvalita povrchu je obecně drsnější. DMLS je v principu podobný SLM, oba používají laser k roztavení kovového prášku a oba jsou často považovány za podobné technologie; hlavní rozdíly spočívají v konvencích pojmenování výrobce a určitých podrobnostech procesu. Celkově díky své relativně vysoké přesnosti tváření a poměrně vyspělému dodavatelskému řetězci zůstává SLM jedním z nejrozšířenějších procesů v oblasti výroby kovových přísad.