Введение в прямое лазерное спекание металлов

«По сравнению с традиционной литой деталью, напечатанная [деталь] имеет превосходную прочность, пластичность и сопротивление разрушению, а также меньшую изменчивость свойств материалов».

Илон Маск

В то время как материалы на основе пластика использовались для большинства проектов аддитивного производства с момента появления технологии, недавние разработки в области материалов для печати на металле означают, что производство функциональных металлических деталей теперь не только возможно, но и заслуживает серьезного внимания в целом ряде отраслей. Возможность использования методов аддитивного производства для производства деталей с такими же механическими качествами, как и их обработанные аналоги, помогла открыть дверь для использования этой технологии для производства, а также для создания прототипов, что дальновидные компании уже начали изучать.

В этом руководстве мы предложим обзор ключевых моментов, которые следует учитывать при реализации любого проекта, связанного с процессом прямого лазерного спекания металла, и его потенциальных применений в индустрии аддитивного производства.

Что такое прямое лазерное спекание металла?

Прямое лазерное спекание металла - это метод аддитивного производства, который включает в себя струйную обработку слоя металлического порошка тонким лазером, сплавление порошка вместе по одному слою для создания готовой детали или прототипа, которые затем могут быть подвергнуты механической обработке и отделке. путь, как тот, произведенный ЧПУ. С момента своего появления в начале девяностых этот процесс использовался для производства широкого спектра прототипов и функциональных деталей в автомобильной, аэрокосмической и медицинской / стоматологической промышленности.

Почему DMLS?

DMLS предлагает надежный способ поставки качественных металлических компонентов в короткие сроки. Процесс невероятно последовательный, с минимальной усадкой во время охлаждения после печати, и в результате механические характеристики часто могут превышать механически обработанные эквиваленты. По сравнению с методами ЧПУ, DMLS снижает типичные отходы материала на 90%.

DMLS также предлагает большую гибкость, поскольку детали могут быть дополнительно усовершенствованы после печати с использованием более традиционных методов ЧПУ и даже свариваться, как обычные металлы. Это включает в себя гравировку или тиснение деталей, что побудило ряд дизайнеров ювелирных украшений изучить возможности, предлагаемые DMLS.

Однако процесс 3D-печати металла таким способом все еще относительно молод по сравнению с другими методами и, как таковой, не лишен своих недостатков. В настоящее время процесс все еще ограничен промышленными применениями из-за его относительной сложности, а выбор материалов все еще относительно ограничен на момент написания. Кроме того, этот процесс по-прежнему не подходит для особо крупных проектов из-за ограниченного пространства для сборки доступных принтеров.

Какие материалы можно распечатать таким образом?

Ассортимент металлов, доступных в печатной форме, неуклонно растет. На момент написания для проектов DMLS доступны следующие порошковые формы:

• Нержавеющая сталь
• Никелевая сталь
• Стерлинговое серебро
• Золотой
• Титан
• Бронзовый
• Медь
• Латунь
• Алюминий
• Кобальтовый хром
• Инконель

Существует также ряд доступных пластиковых материалов, в которые добавлены металлические элементы, что придает им некоторые свойства металлических деталей. Их можно печатать при более низких температурах, сохраняя при этом металлический вид. При выборе наиболее подходящего материала для проекта обязательно внимательно изучите спецификации каждого варианта, которые должны быть легко доступны в Интернете. В частности, примите во внимание следующее:

• Прочность на разрыв (МПа)
• Модуль упругости при изгибе (ГПа)
• Удлинение при разрыве (%)
• Твердость (обычно выражается по шкале Роквелла B, хотя существует ряд альтернативных шкал)
• Минимальная толщина стенки
• Достижимая точность (мкм)

Какая потребуется постобработка?

Прежде всего, для любой печати DMLS необходимо будет удалить какие-либо опорные элементы, что часто является довольно трудоемким процессом, поэтому учитывайте это в сроках вашего проекта. Для этого можно использовать стандартные методы обработки.

Отделка, полученная прямым лазерным спеканием металла, по своей природе шероховатая и зернистая, что означает, что потребуется полировка для получения гладкой, привлекательной отделки, особенно если деталь будет использоваться для литья позже. Электрополировка - эффективный вариант в этом отношении, значительно улучшающий общее качество отделки детали за счет минимизации шероховатости, поэтому на ней остается меньше грязи. Поскольку механическая обработка не требуется, это особенно привлекательный вариант для деталей с хрупкими элементами, которые могут быть повреждены методами механической обработки.

Некоторые металлические порошки, используемые для аддитивного производства, могут значительно улучшить свои механические свойства путем термообработки после печати. В спецификациях этих материалов должны быть указаны их свойства до и после обработки.

Эффективная объемная упаковка и ориентация детали

Как и в случае с любым другим проектом аддитивного производства, при первой возможности учитывайте свои требования к объемной упаковке. Для большинства проектов DMLS печать нескольких единиц за один снизит затраты, хотя при определении того, сколько единиц может быть напечатано одновременно с вашими доступными машинами, обязательно учитывайте ориентацию детали, поскольку это обычно самая большая проблема при печати металлических деталей. Металлические детали требуют гораздо более специфической ориентации, чем пластиковые, из-за поддерживающих структур, которые потребуются во время печати, поэтому объемная упаковка должна планироваться с учетом этого соображения. Это поможет достичь разумного баланса между материальными затратами, качеством и общим временем сборки.