3D-печать с прямым лазерным спеканием металлов (DMLS):обзор технологии

Прямое лазерное спекание металлов (DMLS) относится к категории 3D-печати методом сплавления в порошковом слое (PBF) и аналогично технологии SLS. Однако в DMLS металлические порошки используются вместо пластиковых порошков для создания металлических деталей, которые можно использовать как для функциональных прототипов, так и для производственных деталей.

Технология прямого лазерного спекания металла аналогична технологии селективного лазерного плавления (SLM), но разница между обоими процессами заключается в температуре, используемой для плавления металлического порошка. SLM, как следует из названия, нагревает металлический порошок до тех пор, пока он полностью не расплавится и не превратится в жидкость. DMLS не плавит металлический порошок, а спекает частицы тепла, достаточные для того, чтобы их поверхности сварились вместе. В любом случае, оба термина (SLM и DMLS) часто используются взаимозаменяемо в индустрии 3D-печати.

Как работает DMLS?

Процесс прямого лазерного спекания металла включает шесть основных этапов:

• Шаг 1 – Процесс DMLS начинается с разделения данных файла 3D-проектирования САПР на отдельные чрезвычайно тонкие слои с созданием 2D-модели для каждого слоя.
• Шаг 2 – В машине используется мощный оптический лазер внутри рабочей камеры, содержащей инертный газ.
• Шаг 3 – Существует платформа для дозирования материала и платформа для сборки, а также ролик, используемый для перемещения нового порошка по платформе для сборки слой за слоем.
• Шаг 4 – При укладке порошка на платформу для сборки лазер начинает свой путь для этого слоя, выборочно спекая порошок в твердое тело. Последовательность добавления порошкового слоя и спекания продолжается до тех пор, пока вся деталь не будет готова.
• Шаг 5 – После охлаждения из принтера удаляют окружающий рыхлый металлический порошок. Заключительные этапы включают удаление опорной конструкции и другие постобработки.
• Шаг 6 – Детали DMLS можно обрабатывать так же, как металлические детали, полученные обычной металлообработкой, для дальнейшей обработки. Это может включать механическую обработку, термообработку или чистовую обработку поверхности.

Материалы для 3D-печати DMLS

Среди наиболее часто используемых материалов для DMLS Xometry предлагает:

• Алюминий:например, AlSiMG
• Сталь:например, инструментальная сталь MS1, нержавеющая сталь 17-4, нержавеющая сталь 316L.
• Инконель:например, Инконель 718

Преимущества технологии DMLS

При переходе на DMLS наиболее важными факторами, которые делают его автономным, являются:

DMLS позволяет создавать сложные конструкции

Основным преимуществом DMLS является возможность изготовления деталей, которые невозможно или слишком дорого изготовить с использованием традиционных производственных технологий. Полный потенциал DMLS можно увидеть, когда инженеры проектируют детали сложной геометрии, такие как встроенные элементы крепления, длинные и узкие каналы или сетчатые структуры. DMLS упрощает сборку «все в одном», что сокращает количество деталей, время сборки и частоту отказов за счет объединения нескольких деталей в единую конструкцию.

Быстрое время выполнения

Обычный традиционный процесс требует много времени для настройки инструмента перед производством, что включает в себя приспособления и приспособления, тогда как в DMLS деталь может быть напечатана по требованию без какого-либо наращивания или инструментов, что приводит к более короткому времени выполнения заказа по сравнению с обработкой с ЧПУ. . Сочетание сокращенного времени выполнения заказа и эффективного процесса прототипирования сокращает время выполнения заказа. Это одно из самых больших преимуществ DMLS.

В DMLS используются легкие и прочные компоненты

Известно, что детали, изготовленные из суперсплавов, таких как Inconel 718, AlSi10Mg и кобальт-хром, легче по сравнению с их аналогами, обработанными традиционным способом. Например, известные 3D-печатные топливные форсунки GE для двигателей семейства LEAP раньше изготавливались из 20 отдельных деталей, поступающих от независимых поставщиков, но с использованием прямого лазерного спекания металла (DMLS) в результате получился цельный компонент, который на 25% легче. и в пять раз прочнее оригинальных деталей.

DMLS позволяет сократить потери

Металлические порошки, не затронутые лазером, могут быть переработаны и использованы повторно. Переработка порошка также приводит к снижению цен. Производимых отходов значительно меньше по сравнению с традиционным процессом, таким как ЧПУ, где образуется много отходов в виде стружки, которая образуется в результате механической обработки металла в соответствии с требуемой конструкцией из металлического блока и очень трудно перерабатывается. .

Соображения о технологии DMLS

Помимо преимуществ DMLS, есть несколько соображений. Самым большим конкурентом DMLS будут традиционные технологии обработки, такие как ЧПУ.

DMLS нужны вспомогательные структуры

Поскольку DMLS относится к категории порошковых сплавов, неизбежны поддерживающие конструкции, которые в конце необходимо удалить с помощью постобработки. Во время постобработки металлическая печатная деталь обрабатывается так же, как и необработанная металлическая деталь, изготовленная традиционным способом, что означает, что деталь, изготовленная DMLS, не готова к использованию и требует некоторой доработки.

Детали DMLS имеют зернистую поверхность

Поверхности, напечатанные с помощью DMLS, не будут такими гладкими, как поверхности, обработанные на станках с ЧПУ, и получить желаемую текстуру поверхности будет не так просто. Если для улучшения отделки и эстетики необходимо выполнить постобработку, стоимость также соответственно увеличивается.

Дорогое серийное производство деталей DMLS

Массовое производство по-прежнему является огромным решающим фактором во всех отраслях, и именно здесь DMLS отстает от традиционных методов, а скорость, с которой 3D-принтер может собирать объект, не соответствует скорости обычной сборочной линии. Следовательно, DMLS в основном рекомендуется для единиц или небольших партий.

Ограниченный выбор материалов

Как правило, для 3D-печати металлом выбор материала меньше, что может быть ограничивающим фактором, когда для требуемой детали требуются конкретные материалы, и это необходимо учитывать при принятии решения о том, какими техническими характеристиками вы хотите обладать продукт.

Ограниченный объем сборки

Когда требуется большой размер детали, всегда лучше использовать обработку с ЧПУ. Например, стандартный размер детали, рекомендуемый для DMLS, составляет до 250 x 250 x 325 мм, а для обработки с ЧПУ – до 2000 x 800 x 1000 мм. Сравнение размеров ясно показывает неспособность 3D-печати производить огромные детали из-за ограниченного размера порошкового слоя.

Усадка и ограниченная повторяемость

С DMLS очень сложно производить идентичные детали из-за естественного процесса усадки. Например, деталь, напечатанная в первый раз, и аналогичная деталь, напечатанная в 10-й раз, будут иметь не менее 2% ошибки в вертикальном направлении (направлении Z), что приведет к усадке. Изменения размеров вызваны комбинацией трех факторов:термической усадкой, усадкой при спекании и расширением, возникающим из-за падения металлических частиц во время спекания.

Услуги 3D-печати Xometry DMLS

Xometry Europe предлагает услугу DMLS онлайн для проектов 3D-печати по требованию. Имея сеть из более чем 2000 партнеров по всей Европе, Xometry может поставлять детали для 3D-печати DMLS в течение 3-5 дней. Загрузите файлы САПР в Xometry Instant Quoting Engine, чтобы получить мгновенную смету с различными производственными вариантами, доступными для 3D-печати DMLS.