Drukowanie 3D DMLS, czyli bezpośrednie spiekanie laserowe metali w pigułce

5 dni temu

Zdjęcie: dmls

Dowiedz się, dlaczego DMLS, technologia stapiania proszków, jest najpopularniejszą metodą drukowania 3D części metalowych w wielu gałęziach przemysłu.

Czym jest bezpośrednie spiekanie laserowe metali?

Proces wytwarzania addytywnego, który wykorzystuje lasery o dużej mocy do topienia proszku metalu, jest znany pod kilkoma nazwami. Oficjalnie, według Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej (ISO), nazywa się to metal laser powder bed fusion (LPBF). Jednak producenci drukarek 3D specjalizujący się w tej technologii wymyślili unikalne i markowe nazwy dla tego samego procesu.

Jeden z największych producentów drukarek 3D do metalu, EOS, nazywa tę technologię „bezpośrednim spiekaniem laserowym metalu (DMLS)”, a ponieważ tak wiele usług drukowania 3D korzysta z maszyn EOS, często będziesz używać DMLS jako oferty usługowej zamiast oficjalnej nazwy, mimo iż jest to dokładnie ta sama technologia. Istnieją niewielkie różnice między drukarkami 3D LPBF, ale ogólna metoda jest taka sama.

Ta metoda drukowania 3D metalu jest wysoce precyzyjną technologią powszechnie stosowaną zarówno do prototypowania, jak i produkcji końcowych, złożonych części metalowych do zastosowań w lotnictwie, motoryzacji, medycynie i przemyśle. Wytwarza wszystko, od narzędzi i części zamiennych po silniki rakietowe i implanty medyczne.

Istnieje wiele powodów szybkiego wzrostu i przyjęcia DMLS. Po pierwsze, dzięki wewnętrznej drukarce 3D do metalu firmy mogą produkować własne części metalowe, takie jak formy wtryskowe, części zamienne i narzędzia, znacznie szybciej i taniej niż zlecając ich produkcję i wysyłkę z zagranicy, zwłaszcza w małych ilościach. choćby zamawianie części z usługi spiekania metali jest szybsze niż tradycyjna produkcja.

Następnie spiekanie metali umożliwia produkcję części o skomplikowanych kanałach wewnętrznych, ściankach wypełnionych siatką i kształtach, których uzyskanie nie jest możliwe (lub jest bardzo drogie) przy użyciu innych metod produkcji, co pozwala na produkcję lepszych, lżejszych i wydajniejszych części.

Inną zaletą spiekania metali w porównaniu z tradycyjną produkcją jest zrównoważony rozwój. Zwłaszcza podczas drukowania z drogich materiałów, takich jak tytan lub srebro. Drukarki 3D do spiekania metali wykorzystują tylko materiał wymagany do budowy części, a resztę można ponownie wykorzystać do innej części.

Przyjrzyjmy się bliżej tej technologii, kto z niej korzysta i dlaczego ma ona tak duży wpływ na dzisiejszy przemysł wytwórczy.Drukowanie 3D DMLS / bezpośrednie spiekanie laserowe metali w pigułce

Jak działa spiekanie metali

Podobnie jak wszystkie technologie druku 3D, spiekanie metali jest procesem cyfrowym, który rozpoczyna się od elektronicznego pliku części. Pliki są tworzone dzięki systemu do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) lub uzyskiwane z cyfrowego repozytorium części . Następnie plik projektu jest przepuszczany przez specjalne oprogramowanie do przygotowywania konstrukcji, które rozbija go na plasterki lub warstwy do wydrukowania w technologii 3D. To oprogramowanie, które często jest unikalne dla danego rodzaju druku 3D, a choćby marki drukarki 3D, generuje ścieżkę i inne instrukcje, których drukarka 3D ma przestrzegać.

Po przesłaniu pliku części do drukarki 3D następuje przygotowanie jej do budowy.

Spiekanie metali polega na zastosowaniu warstwy proszku metalowego i laserów o dużej mocy, które selektywnie łączą ze sobą proszek metalowy warstwa po warstwie na poziomie molekularnym aż do uzyskania ostatecznej części.

Najpierw podajnik drukarki jest napełniany pożądanym proszkiem metalu , a następnie grzałki podgrzewają proszek do temperatury zbliżonej do zakresu spiekania materiału. Drukarka wpycha proszek do łoża drukującego, gdzie ostrze recoatera (jak wycieraczka) lub wałek rozprowadza go cienką warstwą na płycie roboczej.

Laser lub lasery kreślą kształt pierwszej warstwy na proszku, co powoduje jego zestalenie. Następnie platforma robocza przesuwa się nieznacznie w dół, a kolejna warstwa proszku jest rozprowadzana i łączona z pierwszą przez lasery, aż do zbudowania całego obiektu. Podczas drukowania komora robocza jest zamknięta, uszczelniona, a w wielu przypadkach wypełniona gazem obojętnym, takim jak mieszanki azotu lub argonu, co pomaga zapobiegać wpływowi zanieczyszczeń z procesu topienia na część.

Ubity proszek na stole drukarskim podtrzymuje część podczas procesu drukowania, ale używane są również podpory drukowane. Niewykorzystany proszek metalowy można zebrać pod koniec procesu, wymieszać ze świeżym proszkiem i ponownie wykorzystać do następnego wydruku.

Po wydrukowaniu części pozostawia się do ostygnięcia, a otaczający luźny proszek metalowy usuwa się z drukarki. Po wydrukowaniu części usuwa się z łoża proszkowego i czyści. Części spiekane metalem można traktować jak części metalowe wytwarzane przez konwencjonalną obróbkę metali w celu dalszej obróbki, która może obejmować obróbkę mechaniczną, obróbkę cieplną lub wykańczanie powierzchni.

Żeby nie było za bardzo mylące, DMLS to LPBF, ale istnieją również inne nazwy tej samej technologii. Możesz usłyszeć selektywne topienie laserowe (SLM) w szczególności od firmy o nazwie Nikon SLM Solutions; i jest bezpośrednie topienie laserowe metalu (DMLM).Drukowanie 3D DMLS / bezpośrednie spiekanie laserowe metali w pigułce

Przełomowe zastosowania DMLS

Obszary, które w dużym stopniu korzystają z zastosowania spiekania metali 3D, to przemysł medyczny, stomatologiczny i lotniczy. Ich części często wymagają użycia materiałów o wysokiej wydajności lub egzotycznych. Spiekanie metali umożliwia tworzenie części, których po prostu nie można wyprodukować przy użyciu konwencjonalnych technologii obróbki metali.

Medycyna: Indywidualne protezy można modelować i drukować z materiałów takich jak stopy tytanu, aby zastąpić części kości utracone w wyniku wypadku lub choroby. Mają wysoką wytrzymałość, są odporne na ataki organizmu, a porowatość pomaga kości wrastać w strukturę protezy. Co najważniejsze, każdą protezę można łatwo wykonać specjalnie dla konkretnego pacjenta.
Stomatologia: Protezy, mosty, korony i protezy częściowe są łatwo modelowane specjalnie dla pacjenta, a następnie drukowane z materiałów o wysokiej wytrzymałości, takich jak chrom kobaltowy. Indywidualne dopasowanie, wytrzymałość i długoterminowa trwałość są gwałtownie dostępne dzięki procesowi drukowania metodą spiekania metalu.
Lotnictwo i kosmonautyka: Spiekanie metali jest kluczowym elementem redukcji liczby części, tworzenia złożonych geometrii i redukcji masy przy jednoczesnym zachowaniu lub zwiększeniu wytrzymałości i trwałości części. Części DMLS są stosowane w samolotach komercyjnych i rakietach, od prostych wsporników po złożone części turbin i sondy. Można produkować choćby kompletne wydechy rakietowe.

Spiekanie metali – zalety i wady

Jak każda technologia produkcji, spiekanie metali ma swoje zalety i wady.

ZALETY

Szeroka gama dostępnych metali
Zdolność do realizacji skomplikowanych kształtów lub struktur wewnętrznych, choćby bez podpór
Skrócony całkowity czas realizacji zamówienia, dzięki braku konieczności stosowania narzędzi
Cena za sztukę jest znacznie niższa w przypadku pojedynczych sztuk lub małych ilości w porównaniu z odlewaniem lub formowaniem
Umożliwia konsolidację części, dzięki czemu części składające się wcześniej z wielu komponentów są drukowane jako jeden wydruk
Mniejsza ilość odpadów dzięki produkcji addytywnej i odzyskiwaniu proszku
Możliwość redukcji zapasów magazynowych dzięki szybkiej produkcji na żądanie
Potencjał masowej personalizacji części

WADY

Wysoki koszt wejścia – wszystkie drukarki 3D LPBF kosztują dziesiątki tysięcy dolarów
Koszt jednostkowy części może być wyższy w porównaniu z tradycyjnymi metodami produkcji, takimi jak obróbka skrawaniem
Rozmiar ograniczony w tej chwili do 1,5 metra kwadratowego
Często, aby uzyskać najlepsze rezultaty, konieczne jest zastosowanie specjalistycznych proszków metalowych
Lasery wymagają dużej ilości energii
Nie jest to technologia typu plug-and-play, wymaga przeszkolenia i wykwalifikowanych techników

Nie wszystkie drukarki 3D do spiekania metali są takie same

Drukarki 3D do spiekania metali to rozwiązanie przemysłowe, którego cena zaczyna się od około 100 tys. dolarów i sięga milionów. Technologia warta swojej ceny, jeżeli jesteś w stanie gwałtownie dostarczać krytyczne części zamienne, tworzyć lepszy produkt w porównaniu z konkurencją i gwałtownie wprowadzać go na rynek lub przenosić produkcję z zagranicy. Ma to również sens ekonomiczny, jeżeli jesteś w stanie wyeliminować stojące zapasy i drukować części na żądanie.

Główne czynniki różnicujące drukarki 3D do metalu obejmują typ, moc i liczbę laserów. Na przykład mała, kompaktowa drukarka może mieć pojedynczy laser o mocy 30 watów, podczas gdy wersja przemysłowa może mieć 12 laserów o mocy 1000 watów.

Wybierając drukarkę 3D do spiekania metali, należy wziąć pod uwagę:

Skalowalność. jeżeli przerośniesz maszynę podstawową, czy pozostało inny poziom, do którego możesz przejść?
Prędkość budowy. Ile centymetrów sześciennych na godzinę może wyprodukować maszyna?
Prędkość skanowania laserowego. To nie jest jedyny wskaźnik częściowej prędkości kompilacji, ale ma swój udział.
Rozmiar plamki lasera. Czy możesz dostosować laser do bardziej lub mniej szczegółowych części?
Wysokość i rozdzielczość warstwy. Jak szczegółowe mogą być części końcowe?
Zużycie gazu i energii. Niektóre maszyny zużywają więcej niż inne. Jak to wpływa na koszty końcowe?
Zużycie materiału. Maszyny z dobrą technologią podawania proszku i przesiewania mogą marnować mniej proszku.
Materiały otwarte lub zastrzeżone. jeżeli musisz użyć materiałów producenta drukarki, może to wpłynąć na elastyczność i koszty produkcji.

Drukowanie 3D DMLS / bezpośrednie spiekanie laserowe metali w pigułce

Metale do spiekania metali

Można spiekać niemal każdy metal. Wszechstronność łączenia laserowego proszkowego metalu jest tym, co prowadzi do jego szerszego stosowania. Na przykład firmy lotnicze drukują w 3D unikalne stopy metali idealne do trudnych warunków.

Chociaż dostawcy materiałów metalowych są w stanie wyprodukować niemal każdy stop do druku 3D, większość spiekania laserowego wykonuje się ze stali lub stopów aluminium.

Materiałem do tego procesu drukowania 3D jest drobno sproszkowany metal. Proszki metalowe produkowane do spiekania metali nie są takie same jak proszki metalowe do formowania wtryskowego. Proszki do drukowania 3D są przetwarzane na różne sposoby i różnią się od siebie dokładnym składem chemicznym, okrągłością cząstek, gęstością i wieloma innymi cechami.

W tym przewodniku zagłębiamy się w temat proszku metalowego: Proszek metalowy do druku 3D z metalu – przewodnik kupującego

Zwykle wytwarzany rozmiar cząstek metalu wynosi od 20 do 40 mikrometrów. Rozmiar i kształt cząstek ograniczają rozdzielczość szczegółów końcowej części. Mniejszy rozmiar cząstek metalu i mniejsze wahania umożliwiają lepszą rozdzielczość. Charakterystyka surowego proszku używanego w procesie znacząco wpływa na adekwatności materiału uzyskane w gotowym komponencie. Z tego powodu istnieje szeroki zakres opcji materiałowych w zależności od zastosowania.

Istnieją dziesiątki metali, w tym te poniżej, nadających się do spiekania metali, ale nie każda drukarka 3D do spiekania metali może obsługiwać te same materiały. Niektóre wymagają mocniejszych laserów lub specjalnej obsługi.

Zleć wykonanie swoich części metalowych: producenci kontraktowi do spiekania metali

Obecnie coraz więcej producentów kontraktowych oferuje spiekanie metali, a wiele firm specjalizuje się w tej technologii, dzięki czemu nie musisz posiadać własnych maszyn ani być ekspertem w tej dziedzinie, aby zdobyć potrzebne części.

Producenci drukarek 3D do metalu, w tym 3D Systems, GE Additive i EOS, oferują również usługi produkcji części metalowych na żądanie, co jest idealnym rozwiązaniem, jeżeli zamierzasz kupić maszynę od jednego z tych producentów OEM.

Craftcloud by All3DP nie jest per se usługą drukowania 3D z metalu. Zamiast tego jest to rynek usług drukowania 3D, który umożliwia przesłanie części i porównanie cen i usług różnych dostawców usług, aby znaleźć idealnego producenta niestandardowego w odpowiedniej cenie.

Dzięki partnerom na całym świecie Craftcloud przedstawia Ci wyceny generowane w czasie rzeczywistym na podstawie przesłanych modeli i lokalizacji. Możesz wybierać spośród popularnych metali, takich jak aluminium, tytan i stal. W zależności od wybranego materiału możesz również poprosić o konkretne wykończenie. W interesie pełnego ujawnienia Craftcloud działa niezależnie w ramach struktury biznesowej All3DP.

źródło: all3dp