La sinterizzazione laser diretta dei metalli (DMLS), nota anche come formatura laser diretta dei metalli (DLMF), è una tecnica di produzione 3D. Questa tecnica utilizza un laser ad alta potenza per microsaldare la polvere di una lega metallica e creare un oggetto 3D strato per strato con l'ausilio della progettazione assistita da computer.
Uno dei vantaggi più straordinari di questa tecnica è la produzione di componenti privi di difetti e privi di tensioni residue. Di conseguenza, è ampiamente utilizzata nella produzione di vari componenti nei settori aerospaziale, elettronico e automobilistico.
Contenuti
Processo di sinterizzazione laser diretta dei metalli
Modellazione CAD
Il processo DMLS inizia con la creazione di un modello 3D del componente desiderato utilizzando un software CAD. Il file creato tramite CAD viene importato nel software CAM (Computer Aided Manufacturing). Nel software CAM, il file viene suddiviso in sottili strati orizzontali (tipicamente di 20 micron di spessore) per facilitare la produzione strato per strato dei componenti.
Diffusione della polvere
Per distribuire la polvere metallica sulla piattaforma di costruzione si utilizza una lama di rivestimento.
Sinterizzazione laser
Un potente laser fino a 1,000 W scansiona il letto di polvere a una velocità di 7 m/s e crea saldature a freddo tra le particelle di polvere, secondo il progetto CAD. Le particelle di polvere vengono riscaldate dal raggio laser appena al di sotto del loro punto di fusione. Di conseguenza, le particelle sinterizzazione in una parte solida.
Abbassamento della piattaforma di costruzione
Dopo la sinterizzazione del primo strato di polvere metallica, la piattaforma di costruzione si abbassa di uno strato di spessore, solitamente 20 micron.
Diffusione dello strato successivo
Ora, un nuovo strato di polvere viene steso sopra il precedente e il laser esegue la scansione del nuovo strato.
I passaggi da 1 a 4 vengono ripetuti finché l'intera parte non è stata realizzata strato per strato, dal basso verso l'alto.
Raffreddamento
Una volta completata la costruzione, il componente viene lasciato raffreddare all'interno della camera. Il raffreddamento dei componenti previene lo shock termico e contribuisce ad alleviare le sollecitazioni interne.
Rimozione della polvere e post-elaborazione
La polvere in eccesso, non sinterizzata, viene spazzolata o soffiata via dalla piattaforma di stampa e spesso riciclata.
Al termine dell'intero processo, le strutture di supporto vengono rimosse manualmente. Le operazioni di finitura possono includere trattamento termico, lavorazione meccanica o lucidatura superficiale, a seconda delle esigenze.
Macchina per sinterizzazione laser diretta dei metalli
- Centralina: Qui sono contenuti fondamentalmente il software e i sistemi elettronici che elaborano i file STL, controllano i modelli di scansione e gestiscono il movimento dei laser e delle piattaforme di costruzione.
- Costruisci una camerar: Questa camera è in un ambiente inerte, in genere con gas argon. Contiene piattaforme di costruzione e sorgenti laser.
- Fonte laser: Solitamente si utilizza un laser a fibra, che ha il compito di fornire energia per sinterizzare selettivamente la polvere metallica.
- Specchi galvanometrici: Si tratta di specchi in rapido movimento che indirizzano con precisione il raggio laser sul letto di polvere.
- Sistema a letto di polvere Nella macchina DMLS sono presenti due sistemi di letto elettrico:
- Piattaforma di costruzione: si sposta verso il basso, strato per strato, durante la costruzione del pezzo.
- Piattaforma di fornitura polvere: contiene polvere metallica fresca.
- Lama o rullo del ricopertore: Distribuisce un nuovo strato di polvere sulla piattaforma di stampa dopo la fusione di ogni strato.
- Sistema di movimentazione delle polveri:In questo modo si controlla la consegna, il recupero e il riciclaggio della polvere non utilizzata.
Materiali per sinterizzazione laser diretta dei metalli
Titanio (Ti6Al4V)
La lega di titanio Ti6Al4V è uno dei metalli più utilizzati nella DMLS. Presenta un eccezionale rapporto resistenza/peso, resistenza alla corrosione e biocompatibilità. La polvere di titanio viene utilizzata nella DMLS quando sono richiesti componenti leggeri e resistenti per strumenti aerospaziali e medicali.
Inconel 718
L'Inconel 718 è una superlega a base di nichel. È progettata per resistere a temperature estreme e a sollecitazioni meccaniche. Mantiene robustezza e resistenza all'ossidazione anche a temperature superiori a 700 °C. Grazie alle sue straordinarie proprietà, viene utilizzata nella DMLS per la produzione di componenti nei settori aerospaziale, energetico e automobilistico ad alte prestazioni.
316L in acciaio inossidabile
L'acciaio inossidabile 316L è una lega austenitica al cromo, nichel e molibdeno. È nota per la sua eccellente resistenza alla corrosione, duttilità e resistenza meccanica. È frequentemente utilizzata in applicazioni mediche, industriali e di utensili.
Lega di alluminio (AlSi10Mg)
AlSi10Mg è una lega di alluminio leggera che presenta un'eccellente conduttività termica, una resistenza moderata e una buona resistenza alla fatica. È ideale per applicazioni che richiedono riduzione del peso con prestazioni elevate, come telai per autoveicoli, componenti di droni e scambiatori di calore.
Utilizzi della sinterizzazione laser diretta dei metalli
Aerospaziale: Nel settore aerospaziale, i componenti con geometrie complesse e peso ridotto vengono prodotti utilizzando la sinterizzazione laser diretta dei metalli. Tra questi rientrano componenti come pale di turbine, staffe e alloggiamenti motore.
Settore automobilistico: Anche l'industria automobilistica trae vantaggio dal DMLS grazie alla sua capacità di produrre rapidamente prototipi funzionali e componenti ad alte prestazioni. Viene utilizzato per produrre componenti come parti di motore, sistemi frenanti e collettori di scarico.
Utensili e applicazioni industriali: La DMLS viene utilizzata per creare stampi con canali di raffreddamento conformati, matrici personalizzate e attrezzature e dispositivi di precisione.
Medico: Il DMLS è ampiamente utilizzato anche in campo medico per la produzione di componenti ad alta precisione, specifici per il paziente. Viene utilizzato per la produzione di placche condilari in lega Ti-6Al-4V, impianti dentali in titanio e corone dentali.
Sinterizzazione laser diretta dei metalli: vantaggi e svantaggi
La sinterizzazione laser diretta dei metalli è una tecnologia avanzata Additivo di produzione Questa tecnica offre vantaggi quali un'elevata libertà di progettazione, un elevato utilizzo dei materiali e una prototipazione rapida. Tuttavia, la DMLS presenta anche alcuni limiti, come l'elevato investimento in attrezzature e le restrizioni relative alle dimensioni del prodotto.
Vantaggi del DMLS
Elevata libertà di progettazione
La sua libertà di progettazione consente la produzione di geometrie complesse e intricate
Eccellenti proprietà del materiale
Utilizza materiali che producono parti metalliche resistenti e funzionali
Minimo spreco di materiale:
L'uso efficiente della polvere metallica si traduce in meno scarti rispetto ad altre tecniche di fusione
Personalizzazione amichevole
La sinterizzazione laser diretta dei metalli è ideale per componenti personalizzati o specifici per il paziente.
Efficiente per la produzione a basso volume
Quando si utilizza la DMLS per la produzione di componenti, non c'è bisogno di utensili o stampi.
Svantaggi del DMLS
Costi elevati di attrezzature e materiali
Utilizza macchinari costosi e polveri metalliche
Velocità di costruzione lente
Richiede molto tempo per parti grandi o dense
È richiesta un'ampia post-elaborazione
Il processo è seguito da post-trattamenti quali la rimozione del supporto, il trattamento termico e la finitura superficiale.
Limiti di dimensione
Limitato dal volume di stampa della stampante
DMLS contro SLM
La tabella seguente fornisce un confronto dettagliato tra la sinterizzazione laser diretta dei metalli e la fusione laser selettiva.
| caratteristica | Sinterizzazione laser diretta del metallo (DMLS) | Fusione laser selettiva (SLM) |
|---|---|---|
| Dimensione punto laser | In genere intorno ai 40 micron, soprattutto nei sistemi più piccoli | Varia tra 80 e 160 micron |
| Numero di laser | Utilizza 4 laser | Dotato di 12 laser |
| Livelli e raggio regolabili | Spessore dello strato fisso e dimensione del laser | Offre flessibilità nell'altezza dello strato e nelle dimensioni del laser |
| Il più piccolo dettaglio possibile | Può produrre caratteristiche piccole fino a 100 micron | La dimensione minima dei dettagli è di circa 140 micron |
| Coerenza materiale | Produce parti con proprietà uniformi in tutte le direzioni | Inoltre, ottiene proprietà del materiale coerenti in tutta la parte |
| Requisito di raffreddamento | Le parti devono essere raffreddate dopo la stampa | Il raffreddamento è necessario dopo la stampa |
| Strutture di supporto | È richiesto supporto durante la stampa | Ha bisogno anche di strutture di supporto |
| Dimensione massima di costruzione | Limitato a 400 x 400 x 400 mm | Può gestire build più grandi fino a 600 x 600 x 600 mm |
| Consumo di energia | Funziona a circa 400 watt | In genere utilizza circa 1000 watt |
| Usi tipici | Comune in campo medico, soprattutto per dispositivi dentali e implantari | Preferito in settori come quello aerospaziale e automobilistico |
| Qualità della finitura superficiale | Produce superfici con rugosità compresa tra 8–20 micron Ra | Di solito si ottengono finiture più lisce, circa 5–15 micron Ra |
FAQ
1. Quali sono i vantaggi del DMLS rispetto alla produzione tradizionale?
Per parti complesse, di piccolo volume o personalizzate, la DMLS offre vantaggi significativi rispetto alla produzione tradizionale, come la riduzione degli sprechi di materiale, una prototipazione più rapida e l'eliminazione dei costi di attrezzaggio.
2. La sinterizzazione laser selettiva (SLS) è la stessa cosa della DMLS?
DMLS e SLS sono entrambe tecniche di stampa 3D basate sul laser, ma non sono la stessa cosa. DMLS lavora con polveri metalliche, mentre SLS è utilizzata per ceramica, plastica e vetro.