選擇性激光熔融(SLM)
可提供不銹鋼、模具鋼、鈦合金、鋁合金等多種金屬材料
選擇性激光熔融(SLM)和直接金屬激光燒結(DMLS)是屬于粉末床熔融3D打印系列的兩種金屬增材制造工藝。
兩種技術有很多相似之處:兩者均使用激光掃描并選擇性地融合(或熔化)金屬粉末顆粒,將它們粘合在一起并逐層構建。同樣,在兩個過程中使用的材料都是顆粒狀的金屬。
SLM和DMLS之間的區別歸結于顆粒粘結工藝的基礎(以及專利):SLM使用具有單一熔化溫度的金屬粉末并完全熔化顆粒,而在DMLS中,粉末由熔點可變的材料組成在高溫下在分子水平上融合。
白令三維提供不銹鋼、模具鋼、鈦合金、鋁合金、青銅等多種金屬材料的3D打印服務。
SLM工藝介紹
SLM工藝打印過程
一、首先用惰性氣體(例如氬氣)填充打印倉,以最大程度地減少金屬粉末的氧化,
二、然后將其加熱到最佳打印溫度。在平臺上一鋪一薄層金屬粉末,用激光掃描組件的橫截面,將金屬顆粒熔化(或融合)在一起,完成本層數據打印。
三、上一層打印完成后,打印平臺向下移動一層厚度,并且刮刀跨平臺移動,以將下一層粉末沉積到惰性打印室中。然后重新鋪另一層金屬粉末。逐層重復此過程,直到打印完成。
四、打印過程完成后,零件將完全封裝在金屬粉末中。金屬3D打印中的支撐使用與零件相同的材料構建,并且始終需要緩解由于高處理溫度而可能發生的翹曲和變形。
五、當料箱冷卻至室溫時,多余的粉末將被手動清除,零件通常經過熱處理,同時仍附著在打印平臺上,以消除殘余應力。然后,通過線切割將組件從打印板上卸下,以備使用或進一步后處理。
SLM工藝的特征
在SLM中,幾乎所有過程參數都是由機器制造商設置的。金屬打印的層高一般控制在20到50微米之間,取決于金屬粉末(流動性,粒度分布,形狀等)的性質及最終打印組建的性能要求。
小型的金屬3D打印設備的打印尺寸為100 x 100 x 100 mm,主要用于齒科和珠寶行業,目前市場上相對成熟的大型金屬打印設備最大可打印尺寸為500 x 280 x 850 mm。金屬3D打印機可以達到的尺寸精度約為±0.1毫米。
SLM中的金屬粉末是高度可回收的:通常浪費少于5%。每次打印后,將未使用的粉末收集,篩分,然后用新鮮材料補足至下一次構建所需的水平。
金屬打印中的支撐結構對于成功完成打印至關重要,只是支撐的打印會大大增加所需材料的數量,增加打印成本。
支撐結構和零件方向
由于金屬的加工溫度很高,因此在金屬打印中始終需要支撐結構,并且支撐結構通常使用格子圖案構建。
在金屬3D打印的過程中,針對打印件的形狀和性能要求添加必要的支撐是非常重要的環節,支撐結構主要起到三個方面的作用:
(1)為打印下一層提供了合適的平臺。
(2)支撐錨定在打印平臺上,防止打印件翹曲。
(3)它們充當散熱器,將熱量從零件帶走,并使其以更可控的速率冷卻。
零件通常以一定角度定向,以最大程度地減少翹曲的可能性,并在關鍵方向上最大化零件的強度。但是,這將增加所需的支撐量,拉長打印時間,提高打印成本。
使用激光隨機掃描打印的模式也可以使翹曲最小化。這種打印方式可防止在任何特定方向上累積殘余應力,并將為零件增加特征性的表面紋理。由于金屬打印的成本很高,因此通常會在打印前使用仿真軟件來模擬打印過程,提前發現可能出現的問題。拓撲優化算法不僅用于最大化機械性能和制造輕量化部件,還用于最小化支撐結構的需求和翹曲的可能性。
SLM工藝的優點和局限性
主要優點:
(1)金屬3D打印工藝可用于制造傳統制造方法無法生產的復雜形狀的定制零件。
(2)可以對金屬3D打印的零件進行拓撲優化,以使其性能最大化,同時將其重量和裝配中的零件總數最小化。
(3)金屬3D打印零件具有出色的物理性能,可用的材料范圍包括難以加工的其他材料,例如金屬超級合金。
主要缺點:
(1)與金屬3D打印相關的材料和制造成本很高,因此這些技術不適用于可以通過傳統方法輕松制造的零件。
(2)金屬3D打印系統的構建尺寸受到限制,因為需要精確的制造條件和過程控制。
(3)現有的傳統設計可能不適合金屬3D打印,可能需要進行更改。
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