Мы продолжаем знакомить вас с различными технологиями трехмерной печати. Следующая на очереди - SLM.

SLM, или Selective laser melting - это уникальный аддитивный метод, который заключается в создании различных изделий с помощью лазерного плавления металлического порошка по заданным CAD-моделям. В процессе работы используются только лазеры высокой мощности.

SLM-машины способствуют решению сложных задач на промышленных предприятиях, специализирующихся на производстве машин в авиакосмической, энергетической, машиностроительной и приборостроительной сферах.

Помимо этого, подобные установки используются в институтах, конструкторских бюро, а также в процессе научно-исследовательских и экспериментальных работ.

Технология

Процесс 3D-принтинга начинается следующим образом: трехмерная цифровая модель разделяется на слои, чтобы для каждого можно было создать двухмерное изображение. Толщина слоя варьируется от 20 до 100 мкм.

Файл, в котором указаны все параметры, отправляют в специальное машинное ПО, которое анализирует данные с техвозможностями аппарата. В результате начинается запуск построения изделия.

Цикл создания каждого слоя состоит из трех этапов:

• нанесение слоя из порошка на рабочую плиту;
• сканирование лазером сечения слоя;
• опускание плиты на глубину колодца, которая соответствует толщине слоя.

Построение любого предмета происходит в рабочей камере SLM-принтера. Она полностью заполнена инертным газом: аргоном или азотом. Выбор газа зависит от материала, из которого изготовлен порошок.

По завершении построения изделие достают с рабочей плитой из машины, отделяют его механическим способом и проводят постобработку.

Преимущества селективного лазерного плавления

Этот метод настолько универсален, что сильных сторон в нем больше, чем может показаться сначала:

• создание предметов сложных геометрических форм с внутренними полостями и каналами конформного охлаждения;
• производство изделий без дорогой оснастки;
• на выходе изделия получаются легкими;
• экономия расходников при печати;
• возможность повторного использования порошка после этапа просеивания.

Применение

Метод селективного лазерного плавления может использоваться в процессе производства изделий для работы в составе различных узлов и агрегатов, построения сложных геометрический конструкций и формообразующих элементов пресс-форм для литья термопластов, индивидуальных протезов и имплантатов для стоматологии, а также производства штампов.

Расходный материал

Наиболее часто в качестве расходников используются порошки из таких металлов и сплавов, как нержавейка, инструментальная сталь, сплавы из кобальта, хрома и титана, алюминий, золото, серебро, платина.

Подписывайтесь на новости 3D Print Expo 2017 в

Лидер в области разработки новейших технологий 3D-печати металлами, выполнила проект по изготовлению титанового изделия для авиакосмической отрасли размером 31 x 22,2 и диаметром 21,9 см.

На сегодняшний день это самая крупная деталь, изготовленная на аддитивной установке SLM 280 с двумя 400-ваттными лазерами. Именно эта машина позволила напечатать изделие такого размера в относительно короткий срок по сравнению с традиционной технологией изготовления.

Стандартный размер платформы построения в 3D-принтерах этого класса составляет 250 мм х 250 мм. Однако SLM 280 имеет увеличенную платформу размером 280 мм х 280 мм, что дает возможность печатать изделия большего размера.

Благодаря разработкам в области 3D-печати металлами по технологии селективного лазерного плавления (в том числе титаном) для нужд авиакосмической промышленности, учитывая высокую прочность и малый вес данного металла, SLM Solutions стала одной из ведущих компаний, выполняющих заказы для производителей комплектного оборудования. SLM Solutions сумела преодолеть ограничения, связанные с размером камеры построения, и другие сложности, возникающие при изготовлении крупных изделий из титана, и продолжает совершенствовать свои технологии в этой области.

Процесс 3D-печати из титанового порошка

Как объясняет Майк Хансен, инженер по внедрению североамериканского подразделения SLM Solutions, успехи в области 3D-печати титаном особенно важны: титан – металл очень твердый и подверженный растрескиванию из-за высоких остаточных напряжений, что стало серьезной проблемой. «Геометрия детали была не особенно сложной, однако трудность заключалась в том, чтобы с использованием аддитивной технологии изготовить из титана столь крупное изделие», – отметил инженер.

Эту задачу помогла решить разработанная и запатентованная SLM Solutions система, состоящая из двух лазеров. Обработка изделия в зоне перекрытия одновременно двумя лазерами позволила не только ускорить процесс печати, но и изготовить изделие большего размера. SLM Solutions провела испытания материала в зоне перекрытия, которые подтвердили отсутствие какой-либо разницы в качестве материала между участками, напечатанными одним лазером, и участками в зоне перекрытия, на которую два лазера воздействовали попеременно. Инженеры SLM Solutions выполнили несколько итераций, чтобы подготовить файл и напечатать несколько пробных образцов с целью убедиться, что задача будет выполнена. Клиенту нужен был способ производства данного изделия, обеспечивающий экономию затрат и времени, а также снижение веса .

«Это изделие примечательно своими размерами и тем фактом, что оно было изготовлено из титана за шесть с половиной дней без перерывов в процессе печати, – говорит Хансен. – То, что 3D-принтер SLM способен работать в течение столь длительного времени, не требуя чистки или иного обслуживания, само по себе чрезвычайно важно».

Хотя обычно технология 3D-печати привлекает к себе внимание своей способностью воспроизводить уникальную геометрию, данное изделие для авиакосмической отрасли не было особенно сложным с этой точки зрения. Однако получить титановую деталь такого размера за столь короткое время едва ли было бы возможно с использованием традиционной технологии механической обработки.

Процесс изготовления средствами традиционной механической обработки занял бы несколько недель

Ричард Гриллс, доктор наук в области металлургии, руководитель отдела внедрения и технический директор SLM Solutions в Северной Америке, дал следующий комментарий: «Учитывая размеры изделия, процесс изготовления средствами традиционной механической обработки занял бы несколько недель; при этом потребовалось бы четыре или пять переналадок. Иными словами, это было бы очень дорогостоящим процессом. На изготовление изделия по технологии литья ушло бы еще больше времени, поскольку потребовалась бы оснастка, а процесс ее изготовления может занять до шести месяцев. Кроме того, традиционная оснастка имеет высокую стоимость. Мы выполнили задачу намного быстрее, хотя стоимость изделия оказалась выше. Тем не менее, учитывая сэкономленное время, такие затраты оправданы для критически важного изделия такого размера».

Лопатка турбины, напечатанная на аддитивной установке SLM 280HL

SLM Solutions добилась впечатляющих результатов с точки зрения скорости изготовления, качества и плотности конечного изделия. Хансен отметил, что «выполнение строгих требований к качеству и технических условий на материалы при использовании титана в жестко регулируемых отраслях, таких как авиакосмическая и автомобильная промышленность, требует многочисленных испытаний материалов и оптимизации параметров, чтобы убедиться, что заказчик получит именно то, что ему нужно».

Требования к контролю качества в авиакосмической отрасли довольно обширны: для проверки изделия на пустоты или пористость, как правило, применяется такой метод неразрушающего контроля, как компьютерная томография, однако клиент может выбрать разрушающий контроль и разрезать изделие. «Мы сперва провели неразрушающий контроль изделия, а затем испытания в условиях, приближенных к реальным, установив изделие на двигатель и выработав ресурс до разрушения», – говорит Хансен.

По мере развития технологий аддитивного производства компания SLM Solutions наблюдает все больший спрос на свои решения. Однако материалы и процессы изготовления совершенствуются настолько быстро, что стандарты не успевают за ними. «К нам все чаще обращаются компании, которые применяют традиционные технологии, но стремятся к увеличению скорости производства при сохранении качества и хотят воспользоваться преимуществами аддитивного производства, – добавил Хансен. - Эта отрасль меняется буквально каждый день и развивается очень быстро, однако мы наблюдаем разрыв между темпами развития технологий аддитивного производства и способностью некоторых отраслей, в частности авиакосмической и автомобильной, столь же быстро сертифицировать новые материалы и технологии».

Размеры изделия: 31 x 22,2 см, диаметр 21,9 см
Материал: Ti64
Продолжительность печати: 6,5 дней
Аддитивная установка: SLM 280 с двумя лазерами по 400 Вт

3D печать металлом – аддитивное производство металлических изделий, которое по праву является одним из наиболее перспективных и стремительно развивающихся направлений в трехмерной печати как таковой. Сама технология берет свое начало еще с обычного спекания материалов, применяемого в порошковой металлургии. Но сейчас она стала более совершенной, точной и быстрой. И сегодня компания SPRINT3D предлагает вам печать металлом на 3 D принтере на действительно выгодных условиях. Но для начала – немного информации о самом производственном процессе и его возможностях.

Технология селективного лазерного сплавления

SLM или технология селективного сплавления – это тип прямой печати металлом, при котором достигается плотность 99,5%. Разница особенно ощутима, если сравнивать с моделями, полученными обычным литьем. Достигается такой показатель благодаря внедрению новейших технологий именно в аппаратной части:

• Применение специальных роликов для утрамбовки порошков и, как следствие, возможность использования порошков с размером частиц от 5 мкм.
• Повышение насыпной плотности, способствующее уплотнению конечных изделий.
• Создание разреженной атмосферы инертных газов, при которой достигается максимальная чистота материала, отсутствует окисление и исключаются риски попадания сторонних химических соединений в состав.

Но самое главное – современный 3 D принтер для печати металлом позволяет легко подобрать индивидуальную конфигурацию для печати конкретным металлическим порошком. Таким образом даже с недорогим материалом можно получить первоклассный результат. Но только при условии использовании качественного современного оборудования. И здесь мы тоже готовы вас удивить!

3D-печать металлом В SPRINT 3D

Установки для 3 D печати металлом, которые мы используем

Качество производства – ключевое требование, которое мы ставим перед собой. Поэтому в работе используем только профессиональное оборудование, обладающие широкими возможностями для печати металлом. Рассмотрим подробнее каждую из производственных установок.

Производственная установка SLM 280HL

SLM 280HL – разработка германской компании SLM Solutions GmbH, использующая технологию послойного лазерного плавления порошковых металлических материалов. Установка оснащена большой рабочей камерой и позволяет создавать 3D объекты размерами 280х280х350 мм. Среди главных преимуществ печати данной установкой можно выделить:

• Малую минимальную толщину наносимого слоя – 20 мкм.
• Заполнение рабочей камеры инертным газом, что позволяет работать с различными реактивными металлами.
• Скорость печати составляет до 35 см/час.
• Толщина слоя построения – 30 и 50 мкм.
• Мощность – 400 Вт.

Отдельно отметим запатентованную систему подачи порошкового материала, благодаря которой скорость печати значительно выше, чем на большинстве производственных установок в той же ценовой категории. В производстве мы используем следующие материалы:

• Нержавеющая сталь (отечественная 07Х18Н12М2 (Полема) и импортная 316L).
• Инструментальная сталь (импортная 1.2709).
• Жаропрочные сплавы 08ХН53БМТЮ (аналог Inconel 718, про-во Полема) и ЭП 741 (производства ВИЛС).
• Кобальт-Хром (COCR)

3D-принтер SLM 280HL может использоваться для создания разного рода металлических компонентов, прототипов и конечных изделий. При необходимости мы можем обеспечить мелкосерийное производство.

Производственная установка ProX 100

ProX 100 – компактная установка для 3 D печати металлом, разработанная американской компанией 3D Systems. Она работает по технологии прямого лазерного спекания, благодаря чему обеспечивает высокую скорость и точность производства. Среди основных характеристик стоит выделить:

• Размер рабочей камеры – 100х100х80 мм.
• Толщина слоя построения – 20 и 30 мкм.
• Мощность – 50 Вт.

ProX 100 позволяет создавать прототипы, которые невозможно разработать стандартными методами, обеспечивает короткие сроки изготовления, гарантирует отсутствие пористости материала и высокую плотность деталей. Кроме того, отметим стандартизированное качество всех изделий вне зависимости от их структуры. На данный момент модель активно используется в стоматологии при создании высокоточных протезов, но нашла широкое применение и в других отраслях:

• Производство двигателей и отдельных их деталей.
• Разработка медтехники.
• Печать ювелирных изделий и даже предметов современного искусства.

В печати мы используем сплав кобальт-хром КХ28М6 (производство Полема), изначально разработанный для аддитивных технологий при создании эндопротезов.

3D печать металлом – применение в настоящее время

Многие специалисты утверждают, что 3D печать как таковая еще полностью не раскрыла свой потенциал. К примеру, Илон Маск планирует использовать технологию в колонизации Марса для строительства административных и жилых зданий, оборудования и техники прямо на месте. И это вполне реально, ведь уже сейчас технология трехмерной печати металлом активно применяется в различных отраслях:

• В медицине: изготовление медицинских имплантов, протезов, коронок, постов и т.д. Высокая точность производства и относительно доступная цена сделали 3D печать очень актуальной в данной отрасли.
• В ювелирном деле: многие из ювелирных компаний используют технологию 3D печати для изготовления форм и восковок, а также непосредственно создания ювелирной продукции. К примеру, печать титаном позволяет создавать изделия, которые ранее представлялись невозможными.
• В машинной и даже аэрокосмической отраслях: BMW, Audi, FCA и другие компании не первый год используют 3 D печать металлом в прототипировании и всерьез рассматривают ее использование в серийном производстве. А итальянская компания Ge-AvioAero уже сейчас печатает компоненты для реактивных двигателей LEAP на 3D принтерах.

SLM (Selective Laser Melting) – селективное (выборочное) лазерное плавление – новаторская технология изготовления сложных по форме и структуре изделий из металлических порошков по математическим CAD-моделям. Этот процесс заключается в последовательном послойном расплавлении порошкового материала посредством мощного лазерного излучения. SLM открывает перед современными производствами широчайшие возможности, так как позволяет создавать металлические изделия высокой точности и плотности, оптимизировать конструкцию и снизить вес производимых деталей.

Селективное лазерное плавление – одна из технологий 3D-печати металлом , которые способны с успехом дополнять классические производственные процессы. Оно дает возможность изготавливать объекты, превосходящие по физико-механическим свойствам продукты стандартных технологий. С помощью SLM-технологии можно создать уникальные сложнопрофильные изделия без использования мехобработки и дорогой оснастки, в частности, благодаря возможности управлять свойствами изделий.

SLM-машины призваны решать сложные задачи на , энергетических, нефтегазовых, машиностроительных производствах, в металлообработке , медицине и ювелирном деле . Их также используют в научных центрах, конструкторских бюро и учебных заведениях при проведении исследований и экспериментальных работ.

Термин «лазерное спекание», который нередко применяют для описания SLM, является не совсем точным, поскольку подаваемый на 3D-принтер металлический порошок под лучом лазера не спекается, а полностью расплавляется и превращается в однородное сырье.

Примеры применения технологии селективного лазерного плавления

Где используется SLM-технология

Селективное лазерное плавление находит применение в промышленности для изготовления:

• компонентов разнообразных агрегатов и узлов ;
• конструкций сложной формы и структуры , включая многоэлементные и неразборные;
• штампов;
• прототипов;
• ювелирных изделий;
• имплантатов и протезов в стоматологии.

Анализ данных и построение изделия

Прежде всего цифровая 3D-модель детали разделяется на слои, чтобы каждый слой, имеющий толщину 20-100 микрон, был визуализирован в 2D. Специализированное программное обеспечение анализирует данные в STL-файле (отраслевой стандарт) и сопоставляет их со спецификациями 3D-принтера. Следующий этап после обработки полученной информации – построение, которое состоит из большого количества циклов для каждого слоя создаваемого объекта.

Построение слоя включает следующие операции:

• металлический порошок наносится на плиту построения, которая закреплена на платформе построения;
• лазерный луч сканирует сечение слоя изделия;
• платформа опускается в колодец построения на глубину, совпадающую с толщиной слоя.

Построение выполняется в камере SLM-машины , которая заполнена инертным газом (аргоном или азотом). Основной объем газа расходуется на начальном этапе, когда путем продувки из камеры построения удаляется весь воздух. По завершении процесса построения деталь вместе с плитой вынимают из камеры порошкового 3D-принтера , а затем отделяют от плиты, удаляют поддержки и выполняют финальную обработку изделия.

Преимущества технологии селективного лазерного плавления

SLM-технология имеет серьезные перспективы для повышения эффективности производства во многих отраслях промышленности, поскольку:

• обеспечивает высокую точность и повторяемость;
• механические характеристики изделий, напечатанных на этом типе 3D-принтера , сравнимы с литьем ;
• решает сложные технологические задачи, связанные с изготовлением геометрически сложных изделий;
• сокращает цикл научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, обеспечивая построение сложнопрофильных деталей без использования оснастки;
• позволяет уменьшить массу за счет построения объектов с внутренними полостями;
• экономит материал при производстве.

SLM Solutions: интегрированные системные решения в области 3D-печати металлом

Изделия, созданные на установке SLM Solutions

Компания SLM Solutions , чей головной офис располагается в Любеке (Германия), является ведущим разработчиком технологий металлического аддитивного производства. Основное направление деятельности компании – разработка, сборка и продажа оборудования и интегрированных системных решений в области селективного лазерного плавления. iQB Technologies – официальный дистрибутор SLM Solutions в России.

Продолжаем рассматривать существующие технологии 3d печати и их особенности. На очереди следующие методы 3d печати:

Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)

Вместо DMLS (Direct Metal Laser Sintering) можно также встретить название SLM (Selective Laser Melting). Второму названию эта технология обязана немецкой компании EOS. Компания является одним из лидеров в послойном конструировании прототипов. Мы недавно писали о их последней разработки — микролазерном спекании ().

Основными потребителями технологии являются сферы медицины, микроэлектронной промышленности и частично .

При производстве по DMLS технологии изделия имеют впечатляющую толщину слоя в 1 — 5 нм при максимальных размерах изделия детали 60 мм в диаметре и 30 мм по высоты.
Процесс изготовления изделия основан на затекании расплава-связки в пустоты между частицами порошка под действием капиллярных сил. Чтобы улучшить процесс затекания, в порошковую смесь добавляют соединения с фосфором, благодаря чему снижается поверхностное натяжение, вязкость и степень окисления расплава. Частицы порошка для связки обычно меньшего размера, чем частицы порошока основы. Это способствует увеличению насыпной плотности порошковой смеси и ускорению процесса образования расплава.

На сегодняшний существуют следующие материалы для 3d печати по технологии DMLS:

• DirectMetal 20 (Металлический порошок на основе бронзы)
• EOS StainlessSteel GP1 (Нержавеющая сталь, аналог европейской 1.4542)
• EOS MaragingSteel MS1 (Мартенситно-стареющая сталь)
• EOS CobaltChrome MP1 (Сверхпрочный сплав кобальт-хром-молибден)
• EOS CobaltChrome SP2 (Кобальт-хром-молибденный сверхпрочный сплав для стоматологии)
• EOS Titanium Ti64 / Ti64ELI (Титановые сплавы)
• EOS NickelAlloy IN625 (Никелевый сплав)
• EOS NickelAlloy IN718 (Никелевый сплав)
• EOS Aluminium AlSi10Mg (Алюминиевый сплав)

Электронно-лучевая плавка (EBM)

Метод электронно-лучевой плавки зародился в стенах аэрокосмической отрасли. После чего уже начал завоевывать и гражданскую сферу. Исходным материалом при производстве используется металлический порошок. Обычно это титановые сплавы.

Изготовление изделия осуществляется следующим образом: необходимое количество порошка засыпается в вакуумную камеру, затем управляемый поток электронов слой за слоем “обходит” контур модели и расплавляет порошок в этих местах. Таким образом получается прочная структура. Благодаря наличию вакуума и общей высокой температуры финальное изделие получает прочность, аналогичную кованным сплавам.

По сравнению с технологией DMLS и SLS, электронно-лучевая плавка не требует последующей термообработки для получения высокой прочности. Также этот метод бычтрее и точнее из-за высокой энергетической плотности электронного луча.

Лидером в данной области является шведская компания Arcam.

Выборочная лазерная плавка (SLM)

Технология SLM похожа на SLS, их даже путают, т.к. и там и там используется металлический порошок и лазер. Но эти технологии имеют кардинальные различия. В методе SLS частицы порошка спекаются друг с другом, в то время как при использовании SLM металлические частицы порошка доводятся до расплавления и затем свариваются друг с другом, образуя жесткий каркас.

Процесс изготовления моделей схож с SLS технологией. Тут также слой металлического порошка наносится на рабочую зону и равномерно раскатывается по ней. Эту работу выполняет валик или щетка. Каждой высоте слоя соответствует заданная форма изделия. Весь процесс протекает в герметичной камере с инертным газом. Высоко мощный лазер фокусируется на металлических частицах расплавляя и сваривая их между собой. Изделие получается аналогично FDM технологии, внешняя и внутренняя стенка представляют собой сплошную, сваренную стенку, а пространство между стенками заполняется согласно шаблону.

В технологии SLM используются различные металлы и сплавы. Основное требование — при измельчении до состояния частиц они должны иметь определенные характеристики сыпучести. Например, используются такие материалы, как нержавеющая сталь, инструментальная сталь, сплавы хрома и кобальта, титан, алюминий.

Метод применяется там, где необходимо иметь деталь с минимальным весом, и при этом сохраняющая свои характеристики.

Технология является запатентованной компанией Stratasys. По сравнению с другими технологиями 3d печати, PolyJet единственная, которая позволяет изготавливать модель из различных материалов. Это достигается использованием уникальной технологии подачи нескольких материалов за один проход печати. Благодаря этому можно выборочно размещать различные материалы в рамках одного изделия или же совмещать два материала, получая таким образом композитные цифровые материалы с характерными предсказуемыми свойствами.

Процесс печати по технологии PolyJet похож на обычную струйную печать. Вместо подачи чернил на бумагу 3d принтеры выпускают струи жидкого фотополимера, который образует слои в рабочей зоне и фиксируется ультрафиолетовым излучением. Затвердевшие изделия можно сразу брать и использовать, т.к. не требуется дополнительного последующего затвердевания, как например в технологии SLA.

Т.к. печать осуществляется послойно, то для нависающих частей требуется поддерживающий материал. Для этого используется гелеобразный вспомогательный материал, который легко удаляется при помощи воды или же вручную.

Технология позволяет создавать изделия высокой точности. А благодаря сочетанию различных материалов прототип по характеристикам получается максимально приближен к конечному изделию.

Технологии 3d печати рассмотренные в двух частях статьи являются не единственными, но наиболее распространенными технологиями. В следующей статье мы рассмотрим материалы, применяемые в этих технологиях, их отличия и особенности.