Doğrudan lazer metal şekillendirme (DLMF) olarak da bilinen doğrudan metal lazer sinterleme (DMLS), 3 boyutlu bir üretim tekniğidir. Bu teknik, metal alaşım tozunu mikro kaynak yapmak ve bilgisayar destekli tasarım yardımıyla katman katman 3 boyutlu bir nesne oluşturmak için yüksek güçlü bir lazer kullanır.
Bu tekniğin en olağanüstü avantajlarından biri, herhangi bir kusur içermeyen ve kalıntı gerilimlerden arındırılmış bileşenler üretmesidir. Bu nedenle, havacılık, elektronik ve otomotiv endüstrilerinde çeşitli bileşenlerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
İçerik
Doğrudan Metal Lazer Sinterleme İşlemi
CAD Modelleme
DMLS süreci, istenen parçanın CAD yazılımı kullanılarak 3B modelinin oluşturulmasıyla başlar. CAD ile oluşturulan dosya, Bilgisayar Destekli Üretim (CAM) yazılımına aktarılır. CAM'de, bileşenlerin katman katman üretimine yardımcı olmak için ince yatay katmanlara (genellikle 20 mikron kalınlığında) bölünür.
Toz Yayılması
Yeniden kaplama bıçağı, metal tozunu yapı platformuna yaymak için kullanılır.
Lazer Sinterleme
1,000 W'a kadar güçlü bir lazer, toz yatağını 7 m/s hızla tarar ve CAD tasarımına göre toz parçacıkları arasında soğuk kaynaklar oluşturur. Toz parçacıkları, lazer ışını tarafından erime noktalarının hemen altına ısıtılır. Sonuç olarak parçacıklar sinter katı bir parçaya.
Yapı Platformunun Alçaltılması
İlk metal tozu tabakası sinterlendikten sonra, yapı platformu genellikle 20 mikron olmak üzere bir kat kalınlığında alçalır.
Bir Sonraki Katmanın Yayılması
Şimdi, yeni bir toz tabakası öncekinin üzerine yayılır ve lazer yeni tabakayı tarar.
1-4 arası adımlar, tüm parça alttan üste doğru katman katman inşa edilene kadar tekrarlanır.
Soğutma
Üretim tamamlandıktan sonra parçanın hazne içinde soğumasına izin verilir. Bileşenlerin soğutulması, termal şoku önler ve iç gerilimi azaltmaya yardımcı olur.
Toz Giderme ve Son İşlem
Fazla sinterlenmemiş toz, yapı platformundan fırçalanarak veya üflenerek uzaklaştırılır ve çoğunlukla geri dönüştürülür.
Tüm işlem tamamlandıktan sonra destek yapıları manuel olarak sökülür. Sonlandırma işlemleri, ihtiyaca bağlı olarak ısıl işlem, işleme veya yüzey parlatma işlemlerini içerebilir.
Doğrudan Metal Lazer Sinterleme Makinesi
- Kontrol ünitesi: Temel olarak STL dosyalarını işleyen, tarama desenlerini kontrol eden, lazerlerin hareketini yöneten ve platformlar oluşturan yazılım ve elektronik sistemleri içerir.
- Chambe'yi inşa etr: Bu oda, genellikle argon gazı kullanılarak inert bir ortama sahiptir. Yapı platformları ve lazer kaynakları içerir.
- Lazer Kaynağı: Genellikle, metal tozunu seçici olarak sinterlemek için enerji sağlamaktan sorumlu olan bir fiber lazer kullanılır.
- Galvanometre Aynaları: Bunlar, lazer ışınını toz yatağında hassas bir şekilde yönlendiren hızlı hareket eden aynalardır.
- Toz Yatak Sistemi DMLS makinesinde iki adet güç yatağı sistemi bulunmaktadır:
- Yapı Platformu: Parça inşa edildikçe katman katman aşağı doğru hareket eder.
- Toz Tedarik Platformu: Taze metal tozunu tutar.
- Kaplama Bıçağı veya Rulosu: Her katman kaynaştırıldıktan sonra yapı platformuna yeni bir toz katmanı yayar.
- Toz Taşıma Sistemi:Kullanılmayan tozun teslimatını, geri kazanımını ve geri dönüşümünü kontrol eder.
Doğrudan Metal Lazer Sinterleme Malzemeleri
Titanyum (Ti6Al4V)
Titanyum alaşımı Ti6Al4V, DMLS'de en yaygın kullanılan metallerden biridir. Olağanüstü bir mukavemet-ağırlık oranı, korozyon direnci ve biyouyumluluk gösterir. Titanyum tozu, havacılık ve tıbbi cihazlar için hafif ve dayanıklı bileşenlere ihtiyaç duyulduğunda DMLS'de kullanılır.
Inconel 718
Inconel 718, nikel bazlı bir süper alaşımdır. Aşırı ısı ve mekanik stres altında performans gösterecek şekilde tasarlanmıştır. 700°C'yi aşan sıcaklıklarda bile mukavemetini ve oksidasyon direncini koruyabilir. Olağanüstü özellikleri sayesinde havacılık, enerji ve yüksek performanslı otomotiv sektörlerinin bileşenlerinin üretiminde DMLS'de kullanılır.
Paslanmaz Çelik 316L
316L Paslanmaz Çelik, östenitik bir krom nikel molibden alaşımıdır. Mükemmel korozyon direnci, sünekliği ve mekanik mukavemetiyle bilinir. Tıbbi, endüstriyel ve takım uygulamalarında sıklıkla kullanılır.
Alüminyum Alaşımı (AlSi10Mg)
AlSi10Mg, mükemmel ısı iletkenliği, orta düzeyde mukavemet ve iyi yorulma direnci gösteren hafif bir alüminyum alaşımıdır. Otomotiv şasileri, drone parçaları ve ısı eşanjörleri gibi yüksek performansla birlikte ağırlık azaltma gerektiren uygulamalar için idealdir.
Doğrudan Metal Lazer Sinterleme Kullanımları
Uzay: Havacılık ve uzay sektöründe, karmaşık geometrilere ve hafifliğe sahip bileşenler, doğrudan metal lazer sinterleme yöntemiyle üretilir. Türbin kanatları, braketler ve motor gövdeleri gibi bileşenler buna dahildir.
Otomotiv: Otomotiv endüstrileri de DMLS'den, işlevsel prototipleri ve yüksek performanslı bileşenleri hızla üretme kapasitesiyle faydalanmaktadır. Motor parçaları, fren sistemleri ve egzoz manifoldları gibi parçaların üretiminde kullanılır.
Takım ve endüstriyel uygulamalar: DMLS, konformal soğutma kanallarına sahip kalıplar, özel kalıplar ve hassas fikstür ve aparatlar oluşturmak için kullanılır.
Tıbbi: DMLS, yüksek hassasiyetli, hastaya özel bileşenlerin üretiminde tıp alanında da yaygın olarak kullanılmaktadır. Ti-6Al-4V alaşımlı kondiler plakalar, titanyum bazlı diş implantları ve diş kronlarının üretiminde kullanılır.
Doğrudan Metal Lazer Sinterleme: Avantajları ve Dezavantajları
Doğrudan metal lazer sinterleme, gelişmiş bir yöntemdir katkı üretim Yüksek tasarım özgürlüğü, yüksek malzeme kullanımı ve hızlı prototipleme gibi avantajlara sahip bir tekniktir. Ancak DMLS'nin, yüksek ekipman yatırımı ve ürün boyutu kısıtlamaları gibi bazı sınırlamaları da vardır.
DMLS'nin Avantajları
Yüksek tasarım özgürlüğü
Tasarım özgürlüğü, karmaşık, incelikli geometrilerin üretilmesine olanak tanır
Mükemmel malzeme özellikleri
Güçlü, işlevsel metal parçalar üreten malzemeler kullanır
Minimum malzeme israfı:
Metal tozunun verimli kullanımı, diğer döküm tekniklerine kıyasla daha az hurda oluşmasını sağlar
Özelleştirmeye uygun
Doğrudan metal lazer sinterleme, kişiselleştirilmiş veya hastaya özel bileşenler için idealdir.
Düşük hacimli üretim için verimli
DMLS ile parça üretiminde takım veya kalıba ihtiyaç duyulmaz.
DMLS'nin dezavantajları
Yüksek ekipman ve malzeme maliyetleri
Pahalı makineler ve metal tozları kullanır
Yavaş yapı hızları
Büyük veya yoğun parçalar için zaman alıcı
Kapsamlı bir son işlem gerekli
İşlem sonrasında destek kaldırma, ısıl işlem ve yüzey bitirme gibi son işlemler uygulanır.
Boyut sınırlamaları
Yazıcının yapı hacmiyle sınırlıdır
DMLS ve SLM
Aşağıdaki tabloda Doğrudan Metal Lazer Sinterleme ile Seçici Lazer Eritme arasında detaylı bir karşılaştırma sunulmaktadır.
| Özellik | Doğrudan Metal Lazer Sinterleme (DMLS) | Seçici Lazer Eritme (SLM) |
|---|---|---|
| Lazer Nokta Boyutu | Genellikle 40 mikron civarında, özellikle daha küçük sistemlerde | 80 ile 160 mikron arasında değişir |
| Lazer Sayısı | 4 lazer kullanır | 12 lazerle donatılmış |
| Ayarlanabilir Katmanlar ve Kiriş | Sabit katman kalınlığı ve lazer boyutu | Katman yüksekliği ve lazer boyutunda esneklik sunar |
| Mümkün Olan En Küçük Detay | 100 mikron kadar küçük özellikler üretebilir | Minimum detay boyutu yaklaşık 140 mikrondur |
| Malzeme Tutarlılığı | Her yönde tek tip özelliklere sahip parçalar üretir | Ayrıca parça boyunca tutarlı malzeme özellikleri elde edilir |
| Soğutma Gereksinimi | Baskıdan sonra parçaların soğutulması gerekir | Baskıdan sonra soğutma gereklidir |
| Destek Yapıları | Yazdırma sırasında desteğe ihtiyaç duyulmaktadır | Destek yapılarına da ihtiyaç var |
| Maksimum Yapı Boyutu | 400 x 400 x 400 mm ile sınırlıdır | 600 x 600 x 600 mm'ye kadar daha büyük yapıları işleyebilir |
| Güç tüketimi | Yaklaşık 400 watt ile çalışır | Genellikle yaklaşık 1000 watt kullanır |
| Tipik Kullanımlar | Özellikle diş ve implant cihazları olmak üzere tıp alanında yaygın olarak kullanılır | Havacılık ve otomotiv gibi endüstrilerde tercih edilir |
| Yüzey İşlem Kalitesi | 8–20 mikron Ra arasında pürüzlülüğe sahip yüzeyler üretir | Genellikle daha pürüzsüz yüzeyler elde edilir, yaklaşık 5–15 mikron Ra |
SSS
1. DMLS'nin Geleneksel Üretime Göre Avantajları Nelerdir?
Karmaşık, düşük hacimli veya özel parçalar için DMLS, geleneksel üretime kıyasla daha az malzeme israfı, daha hızlı prototipleme ve takım maliyetlerinin ortadan kalkması gibi önemli avantajlar sunar.
2. Seçici Lazer Sinterleme (SLS), DMLS ile aynı mıdır?
DMLS ve SLS, lazer tabanlı 3D baskı teknikleridir, ancak aynı değillerdir. DMLS metal tozlarıyla çalışırken, SLS seramik, plastik ve cam için kullanılır.