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

«Технология аддитивного производства не связана ограничениями традиционных станков и инструментов, поэтому мы можем создавать более органичные формы, а весь цикл проектирования и разработки критически важных изделий для авиакосмической промышленности значительно сокращается», – пояснил Хансен.

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

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.

SLM-технология — послойное лазерное плавление металлических порошков — один из методов аддитивного производства изделий, активно набирающий обороты в последние 10 лет. Сегодня она уже достаточно хорошо известна производственникам. Эта технология обладает бездной преимуществ, но, тем не менее, при эксплуатации оборудования на ее основе не перестает поражать новыми возможностями. Лидером в производстве оборудования для данной технологии является немецкая компания SLM Solutions.

С недавнего времени в Украине ее представляет СП «Стан-Комплект».

Технология селективного лазерного спекания (Selective laser melting — SLM) — это мощное производственное решение для предприятий, которым требуется быстрое и качественное изготовление изделий из разнообразных металлов.

SLM-установки сегодня активно используются в самых разных сферах промышленности для производства мастер-моделей, вставок пресс-форм, прототипов деталей, готовых изделий из нержавеющей и инструментальной стали с присутствием кобальта, хрома и никеля, а также из алюминия, титана и т. д.

Компания SLM Solutions, является основоположником SLM-технологии (патенты с 1998 г.) и одним из мировых лидеров производства оборудования на ее основе.

Штаб-квартира компании и производственные мощности находятся в городе Любек (Германия).

SLM-технология

SLM-технология — передовой способ производства металлических изделий посредством послойного лазерного плавления металлического порошка на основе данных трехмерного компьютерного проектирования. Таким образом, существенно сокращается время производства изделия, поскольку исчезает потребность во многих промежуточных операциях. Процесс представляет собой поочередное расплавление тончайших слоев металлического порошка при помощи современных волоконных лазеров, наращивая, таким образом, деталь слой за слоем. С помощью этой технологии создают точные и гомогенные металлические изделия. Благодаря использованию широчайшего перечня качественных порошковых металлов и сплавов технология SLM предлагает беспрецедентные возможности для производства металлических деталей промышленного назначения со значительными преимуществами: сложность формы, минимальная толщина стенок, комбинирование материалов различной плотности, отсутствие последующей обработки, безотходность, экономичность и т. д. Программное обеспечение, поставляемое в комплекте с установками, имеет открытую архитектуру, что также расширяет возможности данного оборудования.

Принцип работы SLM-установок:

• для предварительной обработки данных в CAD-системе получают поперечные сечения 3D-модели с минимальным шагом;
• порошок подается из автоматического устройства на подогреваемую рабочую платформу, затем распределяется на плоскости тончайшим слоем в двух направлениях;
• современные стекловолоконные лазеры расплавляют сегмент каждого слоя в соответствии с конфигурацией поперечного сечения детали в заданных координатах (2D-файла).

При этом каждый последующий слой наплавляется на предыдущий, что обеспечивает однородность структуры изделия.

Эта процедура повторяется до тех пор, пока получаемое изделие не будет точно соответствовать CAD-модели. Нерасплавленный металлический порошок удаляется в специальную камеру, после чего вновь используется.

Преимущества SLM-установок

В линейке оборудования для лазерного спекания компании SLM Solutions используется ряд уникальных, защищенных множеством патентов узлов и технологий:

МУЛЬТИЛАЗЕР — одновременное использование двух и более (до 4-х) лазеров.

Позволяет добиться повышения производительности на 400 % по сравнению с машинами, оснащенными одним лазером;

УНИКАЛЬНАЯ ДВУЛУЧЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (Hull-Core ). Использование двух разных лазеров (400 и 1000 Вт) позволяет выполнять спекание еще быстрее и качественнее. Там, где требуется максимальная точность, установка использует более тонкий луч лазера, а для увеличения скорости на простых участках — его мощность и диаметр увеличиваются;

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРОШКА СРАЗУ В ДВУХ НАПРАВЛЕНИЯХ. Инновационное решение SLM Solutions позволяет сократить время печати изделия в два раза;

БОЛЬШИЕ РАЗМЕРЫ КАМЕРЫ большие размеры камеры. Установки лазерного спекания предназначены для изготовления деталей размером до 500 × 280 × 365 мм (данные на июль 2016 г.). За одну сессию можно вырастить одно большое изделие или несколько мелких;

ВЫСОКАЯ СКОРОСТЬ И ТОЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ: оборудование SLM Solutions способно производить до 105 см 3 готовых металлических изделий в час. Это в 1,5- 2 раза больше, чем установки этого класса других производителей. При этом минимальная толщина стенки составляет всего 180 микрон. Наряду с этим, системы слежения за процессом построения и контроля качества обеспечивают высокую степень управляемости всем производственным циклом;

ШИРОКИЙ ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ: нержавеющая, инструментальная сталь, сплавы на основе никеля, алюминий, титан. Самые надежные, проверенные и универсальные материалы. Благодаря открытой архитектуре программного обеспечения можно использовать металлический порошок любого производителя, без дополнительных затрат на перенастройку;

СПЕЦИАЛЬНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ. Установки для лазерного плавления SLM Solutions поставляются в комплекте со специальным программным обеспечением — SLM AutoFabMC. Оно не только упрощает процесс 3D-печати, но и позволяет максимально оптимизировать производственные процессы, сократить время построения и экономить расходные материалы. Программное обеспечение позволяет работать с наиболее широко распространенными в производственной среде форматами данных.

Основные потребители

Аэрокосмическая промышленность