3д Печать металлом, SLM

Селективное лазерное плавление (SLM) и прямое лазерное спекание металлов (DMLS) - это два процесса производства присадок к металлу, которые принадлежат к семейству 3D-печати методом порошкового слоя. Две технологии имеют много общего: обе используют лазер для сканирования и выборочного плавления (или плавления) частиц металлического порошка, связывая их вместе и создавая слой слой за слоем. Кроме того, материалы, используемые в обоих процессах, являются металлами, которые входят в гранулированную форму.

Различия между SLM и DMLS сводятся к основам процесса связывания частиц (а также к патентам): SLM использует металлические порошки с одной температурой плавления и полностью плавит частицы, в то время как в DMLS порошок состоит из материалов с переменными точками плавления. этот предохранитель на молекулярном уровне при повышенных температурах.

SLM производит детали из одного металла, в то время как DMLS производит детали из металлических сплавов.

И SLM, и DMLS используются в промышленных применениях для создания конечных инженерных продуктов. 

Существуют и другие процессы 3д печати, которые можно использовать для производства плотных металлических деталей, такие как электронно-лучевое плавление (EBM) и ультразвуковое аддитивное производство (UAM). Их доступность и применение ограничены.

Основной процесс производства для SLM и DMLS очень похож.

Камера построения сначала заполняется инертным газом (например, аргоном или азотом), чтобы минимизировать окисление металлического порошка, а затем нагревается до оптимальной температуры.
Тонкий слой металлического порошка распределяется по строительной платформе, а мощный лазер сканирует поперечное сечение, сплавляя металлические частицы вместе и создавая следующий слой. 
Когда процесс сканирования завершен, платформа камеры построения перемещается вниз на один слой толщины, и наносится еще один тонкий слой металлического порошка. Процесс повторяется до тех пор, пока вся деталь не будет напечатана.
Когда процесс построения закончен, детали полностью погружены в металлический порошок. В отличие от процесса плавления в слое полимерного порошка (такого как SLS), детали прикрепляются к платформе печати через опорные конструкции. Опора в металлической 3D-печати создается из того же материала, что и деталь, и всегда требуется для уменьшения деформаций, которые могут возникнуть из-за высоких температур печати.

 Когда бункер охлаждается до комнатной температуры, избыток порошка удаляется вручную, и детали обычно подвергаются термообработке, пока они все еще прикреплены к платформе, для снятия любых остаточных напряжений. Затем модели отсоединяются от столика пилой, механической обработкой или электроэрозионной проволокой и готовы к использованию.

В SLM и DMLS почти все параметры процессов устанавливаются производителем 3д принтера. Высота слоя, используемого в металлической 3D-печати, варьируется от 10 до 100 микрон и зависит от свойств металлического порошка (текучести, гранулометрического состава, формы, мощности лазера и т. Д.).

Точность размеров, которой может достичь металлический 3D-принтер, составляет приблизительно ± 0,02 мм.

Металлические принтеры могут использоваться для серийного производства, но возможности металлических систем 3D-печати больше напоминают возможности серийного производства на машинах FDM или SLA, чем на принтерах SLS: они ограничены доступной областью печати (направление XY), так как части должны быть прикреплены к платформе сборки.

Металлический порошок в SLM и DMLS пригоден для вторичной переработки: обычно расходуется менее 5%. После каждой пеати неиспользованный порошок собирают, просеивают, а затем досыпают свежим материалом до уровня, необходимого для следующей3д печати.

Отходы в металлической печати хотя и есть в видеподдержек, которые имеют решающее значение для успешной построенной модели, могут резко увеличить количество требуемого материала (и стоимость).

Адгезия слоев
Металлические детали SLM и DMLS обладают практически изотропными механическими и термическими свойствами. Они являются твердыми с очень малой внутренней пористостью (менее 0,2-0,5% в состоянии после печати и ее практически нет после термической обработки).

Металлические печатные детали имеют более высокую прочность и твердость и часто являются более гибкими, чем детали, изготовленные традиционным способом. 

Из-за зернистой формы необработанного материала шероховатость поверхности (Ra) в металлическом 3D-печатном изделии составляет приблизительно 6-10 мкм. 

Структура поддержки и ориентация детали
Опорные конструкции всегда требуются при печати металлов из-за очень высокой температуры обработки, и они обычно строятся с использованием решетчатого рисунка.

Поддержка в металлической 3D-печати выполняет 3 различные функции:

Они предлагают подходящую платформу для создания следующего слоя.
Они закрепляют деталь на платформе для печати и предотвращают загибание краев.
Они действуют как теплоотвод, отводя тепло от детали и позволяя ему охлаждаться с более контролируемой скоростью.
Детали часто ориентированы под углом, чтобы минимизировать вероятность деформации и максимизировать прочность детали в критических направлениях. Однако это увеличивает количество необходимой поддержки, время построения, отходы материала и (в конечном итоге) общую стоимость.

Деформация также может быть минимизирована с помощью рандомизированных шаблонов сканирования. Эта стратегия сканирования предотвращает накопление остаточных напряжений в любом конкретном направлении и добавляет характерную текстуру поверхности к детали.

Поскольку стоимость металлической печати очень высока, для прогнозирования поведения детали во время обработки часто используются симуляции. Алгоритмы оптимизации топологии также используются не только для увеличения механических характеристик и для создания облегченных деталей, но и свести к минимуму потребности в поддержках.