Прямое лазерное спекание металла (DMLS), также известное как прямое лазерное формование металла (DLMF), является технологией 3D-производства. Эта технология использует мощный лазер для микросварки порошка металлического сплава и создания 3D-объекта послойно с помощью компьютерного проектирования.
Одним из самых исключительных преимуществ этой технологии является производство компонентов, не имеющих дефектов и остаточных напряжений. В результате она широко используется при производстве различных компонентов в аэрокосмической, электронной и автомобильной промышленности.
Процесс прямого лазерного спекания металла
CAD моделирование
Процесс DMLS начинается с создания 3D-модели желаемой детали с использованием программного обеспечения CAD. Файл, созданный в CAD, импортируется в программное обеспечение Computer Aided Manufacturing (CAM). В CAM он нарезается на тонкие горизонтальные слои (обычно толщиной 20 микрон) для содействия послойному производству компонентов.
Распределение порошка
Для распределения металлического порошка по рабочей платформе используется лезвие для повторного нанесения покрытия.
Лазерное спекание
Мощный лазер мощностью до 1,000 Вт сканирует слой порошка со скоростью 7 м/с и создает холодные сварные швы между частицами порошка в соответствии с проектом САПР. Частицы порошка нагреваются лазерным лучом чуть ниже точки плавления. В результате частицы окалина в сплошную часть.
Опускание строительной платформы
После спекания первого слоя металлического порошка рабочая платформа опускается на толщину одного слоя, обычно на 20 микрон.
Распространение следующего слоя
Теперь новый слой порошка наносится поверх предыдущего, и лазер сканирует новый слой.
Шаги 1–4 повторяются до тех пор, пока вся деталь не будет построена слой за слоем снизу вверх.
Охлаждение
После завершения сборки деталь оставляют остывать внутри камеры. Охлаждение компонентов предотвращает тепловой шок и помогает снять внутреннее напряжение.
Удаление порошка и последующая обработка
Излишки неспеченного порошка смахиваются щеткой или сдуваются с платформы для сборки и часто перерабатываются.
После завершения всего процесса опорные конструкции вручную удаляются. Финишные операции могут включать термическую обработку, механическую обработку или полировку поверхности в зависимости от требований.
Машина для прямого лазерного спекания металла
- Устройство управления: В основном он содержит программное обеспечение и электронные системы, которые обрабатывают файлы STL, управляют шаблонами сканирования, а также управляют перемещением лазеров и сборочных платформ.
- Построить Chamber: Эта камера обладает инертной средой, обычно использующей газ аргон. Она содержит платформы для сборки и лазерные источники.
- Источник лазера: Обычно используется волоконный лазер, который отвечает за подачу энергии для избирательного спекания металлического порошка.
- Зеркала гальванометра: Это быстро движущиеся зеркала, которые направляют лазерный луч точно по порошковому слою.
- Система порошковой кровати В машине DMLS имеются две системы приводных кроватей:
- Платформа сборки: перемещается вниз слой за слоем по мере сборки детали.
- Платформа подачи порошка: содержит свежий металлический порошок.
- Лопатка или валик для повторного нанесения покрытия: Распределяет новый слой порошка по рабочей платформе после сплавления каждого слоя.
- Система обработки порошка:Это контролирует доставку, утилизацию и переработку неиспользованного порошка.
Материалы для прямого лазерного спекания металлов
Титан (Ti6Al4V)
Титановый сплав Ti6Al4V является одним из наиболее широко используемых металлов в DMLS. Он демонстрирует выдающееся соотношение прочности к весу, коррозионную стойкость и биосовместимость. Титановый порошок используется в DMLS, когда требуются легкие и прочные компоненты для аэрокосмических и медицинских инструментов.
Inconel 718
Inconel 718 — это суперсплав на основе никеля. Он разработан для работы в условиях экстремальных температур и механических нагрузок. Он может сохранять прочность и стойкость к окислению даже при температурах, превышающих 700°C. Благодаря своим замечательным свойствам он используется в DMLS для производства компонентов в аэрокосмической, энергетической и высокопроизводительной автомобильной промышленности.
Нержавеющая сталь 316L
Нержавеющая сталь 316L — это аустенитный хромоникелевый молибденовый сплав. Он известен своей превосходной коррозионной стойкостью, пластичностью и механической прочностью. Он часто используется в медицине, промышленности и инструментах.
Алюминиевый сплав (AlSi10Mg)
AlSi10Mg — легкий алюминиевый сплав, который показывает отличную теплопроводность, умеренную прочность и хорошую усталостную стойкость. Он идеально подходит для применений, требующих снижения веса при высокой производительности, таких как автомобильные рамы, детали дронов и теплообменники.
Применение прямого лазерного спекания металлов
Aerospace: В аэрокосмической промышленности компоненты со сложной геометрией и малым весом изготавливаются с помощью прямого лазерного спекания металлов. Сюда входят такие компоненты, как лопатки турбин, кронштейны и корпуса двигателей.
Автомобили: Автомобильная промышленность также получает выгоду от DMLS благодаря его способности быстро производить функциональные прототипы и высокопроизводительные компоненты. Он используется для производства деталей, таких как детали двигателя, тормозные системы и выпускные коллекторы.
Инструментальное и промышленное применение: DMLS используется для создания форм с конформными каналами охлаждения, специальных штампов, а также прецизионных приспособлений и креплений.
Медицина: DMLS также широко используется в медицинской сфере для производства высокоточных компонентов, специфичных для пациента. Он используется для производства мыщелковых пластин из сплава Ti-6Al-4V, зубных имплантатов на основе титана и зубных коронок.
Прямое лазерное спекание металлов: преимущества и недостатки
Прямое лазерное спекание металлов является передовой технологией Аддитивные производства Метод, который имеет такие преимущества, как высокая свобода проектирования, высокая степень использования материала и быстрое прототипирование. Однако DMLS также имеет некоторые ограничения, такие как высокие инвестиции в оборудование и ограничения по размеру продукта.
Преимущества DMLS
Высокая свобода дизайна
Свобода проектирования Позволяет создавать сложные, замысловатые геометрические формы.
Превосходные свойства материала
Он использует материалы, из которых производятся прочные и функциональные металлические детали.
Минимальные отходы материала:
Эффективное использование металлического порошка приводит к меньшему количеству отходов по сравнению с другими методами литья.
Удобен для настройки
Прямое лазерное спекание металлов идеально подходит для изготовления индивидуальных или индивидуальных компонентов для пациента.
Эффективно для мелкосерийного производства
При использовании DMLS для изготовления компонентов нет необходимости в инструментах или формах.
Недостатки DMLS
Высокие затраты на оборудование и материалы
Используются дорогие машины и металлические порошки.
Низкая скорость сборки
Требует много времени для больших или плотных деталей
Требуется обширная постобработка
За процессом следует последующая обработка, такая как удаление опор, термическая обработка и отделка поверхности.
Ограничения по размеру
Ограничено объемом печати принтера
DMLS против SLM
В таблице ниже представлено подробное сравнение прямого лазерного спекания металлов и селективной лазерной плавки.
| Особенность | Прямое лазерное спекание металла (DMLS) | Селективное лазерное плавление (SLM) |
|---|---|---|
| Размер лазерного пятна | Обычно около 40 микрон, особенно в небольших системах. | Диапазон от 80 до 160 микрон |
| Количество лазеров | Использует 4 лазера | Оснащен 12 лазерами |
| Регулируемые слои и балка | Фиксированная толщина слоя и размер лазера | Обеспечивает гибкость в выборе высоты слоя и размера лазера |
| Наименьшая возможная деталь | Может производить элементы размером до 100 микрон | Минимальный размер детали составляет около 140 мкм. |
| Консистенция материала | Производит детали с однородными свойствами во всех направлениях | Также обеспечивается единообразие свойств материала по всей детали. |
| Требование к охлаждению | Детали необходимо охладить после печати. | После печати необходимо охлаждение. |
| Опорные конструкции | Требуется поддержка во время печати | Нужны также вспомогательные структуры |
| Максимальный размер сборки | Ограничено 400 x 400 x 400 мм | Может обрабатывать более крупные конструкции размером до 600 x 600 x 600 мм. |
| потребляемая мощность | Потребляет около 400 Вт | Обычно потребляет около 1000 Вт. |
| Типичное использование | Распространено в медицинской сфере, особенно для стоматологических и имплантационных устройств. | Предпочтение отдается таким отраслям, как аэрокосмическая и автомобильная промышленность. |
| Качество отделки поверхности | Создает поверхности с шероховатостью Ra от 8 до 20 микрон. | Обычно приводит к более гладкой поверхности, около 5–15 микрон Ra. |
FAQ
1. Каковы преимущества DMLS перед традиционным производством?
Для сложных, мелкосерийных или индивидуальных деталей технология DMLS обеспечивает значительные преимущества по сравнению с традиционным производством, такие как сокращение отходов материала, более быстрое создание прототипов и устранение затрат на оснастку.
2. Селективное лазерное спекание (SLS) — это то же самое, что и DMLS?
DMLS и SLS — это лазерные технологии 3D-печати, но они не одинаковы. DMLS работает с металлическими порошками, тогда как SLS используется для керамики, пластика и стекла.