Селективное лазерное плавление реферат

Обновлено: 05.07.2024

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 авиакосмических, 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.

Приглашаем на бесплатный вебинар:

Зарегистрируйтесь по ссылке и получите экспертный материал по теме вебинара в подарок!

Где используется SLM-технология

Селективное лазерное плавление находит применение в промышленности для изготовления:

компонентов разнообразных агрегатов и узлов; , 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:

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

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.

Sharebot MetalONE: 3D-печать металлом в компактном формате

В последние годы на рынке начали появляться компактные 3D-принтеры по металлу, ориентированные прежде всего на НИОКР и малый и средний бизнес. Одна из самых привлекательных установок этой категории по соотношению цены и качества носит название MetalONE и основана на технологии, аналогичной SLM, – прямом лазерном спекании металлов (DMLS). Машина разработана итальянской компанией Sharebot, которая имеет солидный опыт разработок в области нескольких технологий 3D-печати. MetalONE предназначен для проведения исследований, тестирования изделий и изготовления деталей небольших и средних габаритов: камера построения принтера – 65 х 65 х 100 мм.

При решении задач в промышленных целях 3D-принтер способен создавать прототипы мелких деталей с невероятной точностью и производить их быстро и без существенных трудностей. Непревзойденная повторяемость печати гарантирует возможность мелкосерийного производства с неизменно высоким качеством. iQB Technologies – эксклюзивный дистрибутор решений Sharebot в России.

Статья опубликована 03.05.2017 , обновлена 24.02.2022

Об авторе

В этом обзоре я попытался в популярной форме привести основные сведения о производстве металлических изделий методом лазерного аддитивного производства – сравнительно новом и интересном технологическом методе, возникшем в конце 80-х и ставшем в наши дни перспективной технологией для мелкосерийного или единичного производства в области медицины, самолето- и ракетостроения.

Кратко описать принцип работы установки для аддитивного производства с помощью лазерного излучения можно следующим образом. Устройство для нанесения и выравнивания слоя порошка снимает слой порошка с питателя и равномерным слоем распределяет его по поверхности подложки. После чего лазерный луч сканирует поверхность данного слоя порошка и путем оплавления или спекания формирует изделие. По окончанию сканирования порошкового слоя платформа с изготавливаемым изделием опускается на толщину наносимого слоя, а платформа с порошком поднимается, и процесс нанесения слоя порошка и сканирования повторяется. После завершения процесса платформа с изделием поднимается и очищается от неиспользованного порошка.

Одной из основных частей в установках аддитивного производства является лазерная система, в которой используются CO₂, Nd:YAG, иттербий волоконный или дисковый лазеры. Установлено, что использование лазеров с длиной волны 1-1,1 мкм для нагрева металлов и карбидов предпочтительнее, поскольку они на 25-65% лучше поглощают генерируемое лазером излучение. В тоже время, использование CO₂ лазера с длиной волны 10,64 мкм наиболее лучше подходит для таких материалов, как полимеры и оксидная керамика. Более высокая абсорбционная способность позволяет увеличить глубину проплавления и в более широких пределах варьировать параметрами процесса. Обычно лазеры, используемые в аддитивном производстве, работают в непрерывном режиме. По сравнению с ними применение лазеров работающих в импульсном режиме и в модулированной добротности за счет их большой энергии импульса и короткой продолжительности импульса (наносекунды) даёт возможность улучшить прочность связи между слоями и уменьшить зону термического воздействия. В заключение можно отметить, что характеристики используемых лазерных систем лежат в таких пределах: мощность лазера – 50-500 Вт, скорость сканирования до 2 м/с, скорость позиционирования до 7 м/с, диаметр фокусированного пятна – 35-400 мкм.

Помимо лазера как источник нагрева порошка может быть использован электронно-лучевой нагрев. Этот вариант фирма Arcam предложила и реализовала в своих установках в 1997 г. Установка с электронно-лучевой пушкой характеризуется отсутствием подвижных частей, так как электронный луч фокусируется и направляется с помощью магнитного поля и дефлекторов, а создание в камере вакуума положительно сказывается на качестве изделий.

Одним из важных условий при аддитивном производстве является создание защитной среды предотвращающей окисление порошка. Для выполнения этого условия используют аргон или азот. Однако применение азота как защитного газа ограничено, что связанно с возможностью образования нитридов (например, AlN, TiN при изготовлении изделий из алюминиевых и титановых сплавов), которые приводят к понижению пластичности материала.

Методы лазерного аддитивного производства по особенностям процесса уплотнения материала можно разделить на селективное лазерное спекание (Selective Laser Sintering (SLS)), непрямое лазерное спекание металлов (Indirect Metal Laser Sintering (IMLS)), прямое лазерное спекание металлов (Direct Metal Laser Sintering (DMLS)) и селективное лазерное плавление (Selective Laser Melting (SLM)). В первом варианте уплотнение слоя порошка происходит за счет твердофазного спекания. Во втором – за счет пропитки связкой пористого каркаса ранее сформированного лазерным излучением. В основе прямого лазерного спекания металлов лежит уплотнение по механизму жидкофазного спекания за счет плавления легкоплавкого компонента в порошковой смеси. В последнем варианте уплотнение происходит за счет полного плавления и растекания расплава. Стоит отметить, что эта классификация не является универсальной, поскольку в одном типе процесса аддитивного производства могут проявляться механизмы уплотнения, которые характерны для других процессов. Например, при DMLS и SLM может наблюдаться твердофазное спекание, которое имеет место при SLS, тогда как при SLM может происходить жидкофазное спекание, которое более характерно для DMLS.

Селективное лазерное спекание (SLS)

Твердофазное селективное лазерное спекание не получило широкого распространения, поскольку для более полного протекания объемной и поверхностной диффузии, вязкого течения и других процессов, имеющих место при спекании порошка, требуется относительно длительная выдержка под лазерным излучением. Это приводит к длительной работе лазера и малой производительности процесса, что делает этот процесс экономически не целесообразным. Помимо этого, возникают сложности с поддержанием температуры процесса в интервале между точкой плавления и температурой твердофазного спекания. Преимуществом твердофазного селективного лазерного спекания является возможность использования более широкого круга материалов для изготовления изделий.

Непрямое лазерное спекание металлов (IMLS)

Для IMLS можно использовать порошки, как металлов, так и керамики или их смесей. Приготовление смеси порошка с полимером проводят механическим смешиванием, при этом содержание полимера составляет около 2-3% (по массе), а в случае использования порошка покрытым полимером, толщина слоя на поверхности частицы составляет около 5 мкм. В качестве связки используют эпоксидные смолы, жидкое стекло, полиамиды и другие полимеры. Температура отгонки полимера определяется температурой его плавления и разложения и в среднем составляет 400-650 o С. После отгонки полимера пористость изделия перед пропиткой составляет около 40%. При пропитке печь нагревают на 100-200 0 С выше точки плавления пропитывающего материала, поскольку с повышением температуры уменьшается краевой угол смачивания и понижается вязкость расплава, что благоприятно влияет на процесс пропитки. Обычно пропитку будущих изделий проводят в засыпке из оксида алюминия, которая играет роль поддерживающего каркаса, поскольку в период от отгонки полимера до образования прочных межчастичных контактов существует опасность разрушения или деформации изделия. Защиту от окисления организуют с помощью создания в печи инертной или восстановительной сред. Для пропитки можно использовать довольно разнообразные металлы и сплавы, которые удовлетворяют следующим условиям. Материал для пропитки должен характеризоваться полным отсутствием или незначительным межфазным взаимодействием, малым краевым углом смачивания и иметь температуру плавления ниже, чем у основы. Например, в случае если компоненты взаимодействую между собой, то в процессе пропитки могут происходить нежелательные процессы, такие как образование более тугоплавких соединений или твердых растворов, что может привести к остановке процесса пропитки или негативно сказаться на свойствах и размерах изделия. Обычно для пропитки металлического каркаса используют бронзу, при этом усадка изделия составляет 2-5%.

Одним из недостатков IMLS является отсутствие возможности регулировать в широких пределах содержание тугоплавкой фазы (материала основы). Поскольку её процентное содержание в готовом изделии определяется насыпной плотностью порошка, которая в зависимости от характеристик порошка может быть в три и более раза меньше теоретической плотности материала порошка.

Материалы и их свойства, используемые для IMLS

Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)

Процесс прямого лазерного спекания металлов подобен IMLS, однако отличается тем, что вместо полимера используются сплавы или соединения с низкой температурой плавления, а также отсутствует такая технологическая операция, как пропитка. В основе создания концепции DMLS стояла немецкая компания EOS GmbH, которая в 1995 году создала коммерческую установку для прямого лазерного спекания порошковой системы сталь-никелевая бронза. Получение различных изделий методом DMLS основано на затекании образовавшегося расплава-связки в пустоты между частицами под действием капиллярных сил. При этом для успешного выполнения процесса в порошковую смесь добавляют соединения с фосфором, которые снижают поверхностное натяжение, вязкость и степень окисления расплава, тем самым улучшая смачиваемость. Порошок, используемый в качестве связки, обычно имеет меньший размер, чем порошок основы, поскольку это позволяет увеличить насыпную плотность порошковой смеси и ускорить процесс образования расплава.

Материалы и их свойства, используемые для DMLS компанией EOS GmbH

Селективное лазерное плавление (SLM)

Сфероидизация стали M3/2 при неоптимальных режимах SLM

Эффекту сфероидизации также способствует наличие кислорода, который растворяясь в металле, повышает вязкость расплава, что приводит к ухудшению растекания и смачиваемости расплавом ниже лежащего слоя. По выше перечисленным причинам не удается получить изделия из таких металлов как олово, медь, цинк, свинец.

Стоит отметить, что формирование качественной полоски расплава связано с поиском оптимальной области параметров процесса (мощности лазерного излучения и скорости сканирования), которая обычно достаточно узкая.

Влияние параметров SLM золота на качество формируемых слоев

Еще одним фактором, влияющим на качество изделий, является появление внутренних напряжений, наличие и величина которых зависит от геометрии изделия, скорости нагрева и охлаждения, коэффициента термического расширения, фазовых и структурных изменений в металле. Значительные внутренние напряжения могут приводить к деформации изделий, образованию микро- и макротрещин.

Частично уменьшить негативное влияние выше упомянутых факторов можно путем использования нагревательных элементов, которые обычно располагаются внутри установки вокруг подложки или питателя с порошком. Нагрев порошка также позволяет удалить адсорбированную влагу с поверхности частиц и тем самым уменьшить степень окисления.

При селективном лазерном плавлении таких металлов как алюминий, медь, золото не маловажным вопросом является их большая отражательная способность, что обуславливает необходимость использования мощной лазерной системы. Но повышение мощности лазерного луча может негативно сказаться на точности размеров изделия, поскольку при чрезмерном нагреве порошок будет плавиться и спекаться за пределами лазерного пятна за счет теплообмена. Большая мощность лазера также может привести к изменению химического состава в результате испарения металла, что особенного характерно для сплавов содержащих легкоплавкие компоненты и имеющих большую упругость паров.

Механические свойства материалов полученных методом SLM (компания EOS GmbH)

Если изделие, полученное одним из выше рассмотренных методов, имеет остаточную пористость, то в случае необходимости применяют дополнительные технологические операции для повышения его плотности. Для этой цели используют методы порошковой металлургии – спекание или горячее изостатическое прессование (ГИП). Спекание позволяет устранить остаточную пористость и повысить физико-механические свойства материала. При этом следует подчеркнуть, что формируемые свойства материала в процессе спекания определяются составом и природой материала, размером и количеством пор, наличием дефектов и другими многочисленными факторами. ГИП представляет собой процесс, в котором заготовка, помещенная в газостат, уплотняется под действием высокой температуры и всестороннего сжатия инертным газом. Рабочее давление и максимальная температура, достигаемая газостатом, зависит от его конструкции и объёма. Например, газостат, имеющий размеры рабочей камеры 900х1800 мм, способен развить температуру 1500 o С и давление 200 МПа. Использование ГИП для устранения пористости без применения герметичной оболочки возможно, если пористость составляет не более 8%, поскольку при большем её значении газ через поры будет попадать внутрь изделия, препятствуя тем самым уплотнению. Исключить проникновение внутрь изделия газа можно путём изготовления стальной герметичной оболочки повторяющую форму поверхности изделия. Однако изделия, получаемые аддитивным производством, в основном имеют сложную форму, что делает невозможным изготовление такой оболочки. В таком случае для уплотнения можно использовать вакуумированный герметичный контейнер, в котором изделие помещено в сыпучую среду (Al₂O₃, BN_гекс, графит), передающей давление на стенки изделия.

После аддитивного производства методом SLM материалы характеризуются анизотропией свойств, повышенной прочностью и пониженной пластичностью из-за наличия остаточных напряжений. Для снятия остаточных напряжений, получения более равновесной структуры, повышения вязкости и пластичности материала проводят отжиг.

Согласно ниже приведенным данным, можно отметить, что изделия, полученные селективным лазерным плавлением, в некоторых случаях прочнее литых на 2-12%. Это можно объяснить малым размером зерен и микроструктурных составляющих, которые образуются в результате быстрого охлаждения расплава. Быстрое переохлаждение расплава значительно увеличивает число зародышей твердой фазы и уменьшает их критический размер. При этом быстро растущие на зародышах кристаллы, соприкасаясь друг с другом, начинают препятствовать своему дальнейшему росту, тем самым формируя мелкозернистую структуру. Зародышами кристаллизации обычно являются неметаллические включения, пузырьки газов или выделившиеся из расплава частицы при их ограниченной растворимости в жидкой фазе. И в общем случае, согласно соотношению Холла-Петча, с уменьшением размера зерна увеличивается прочность металла благодаря развитой сети границ зерен, которая является эффективным барьером для движения дислокаций. Следует отметить, что в силу различного химического состава сплавов и их свойств, условий проведения SLM, выше упомянутые явления, имеющие место при остывании расплава, проявляются с различной интенсивностью.

Механические свойства материалов, полученных SLM и литьем

Конечно, это не значит, что изделия, полученные селективным лазерным плавлением лучше изделий полученных традиционными способами. Благодаря большой гибкости традиционных способов получения изделий можно в широких пределах варьировать свойствами изделия. Например, используя такие методы как изменение температурных условий кристаллизации, легирование и введение в расплав модификаторов, термоциклирование, порошковой металлургии, термомеханическая обработка и др., можно добиться значительного повышения прочностных свойств металлов и сплавов.

В связи с выше отмеченными особенностями, для SLM используются мартенситно-страющие стали (MS 1, GP 1, PH 1), в которых упрочнение и повышение твердости достигается за счет выделения дисперсных интерметаллидных фаз при термообработке. Эти стали содержат малое количество углерода (сотые проценты), в результате чего образовавшаяся при быстром охлаждении решетка мартенсита характеризуется малой степенью искаженности и следственно имеет низкую твердость. Малая твердость и высокая пластичность мартенсита обеспечивает релаксацию внутренних напряжений при закалке, а высокое содержание легирующих элементов позволяет прокаливать сталь на большую глубину почти при любых скоростях охлаждения. Благодаря этому с помощью SLM можно изготавливать и подвергать термообработке сложные изделия без опасения образования трещин или коробления. Кроме мартенситно-стареющих сталей могут использоваться некоторые аустенитные нержавеющие стали, например, 316L.

В заключение можно отметить, что сейчас усилия ученых и инженеров направлены на более детальное изучение влияния параметров процесса на структуру, механизм и особенности уплотнения различных материалов под действием лазерного излучения с целью улучшения механических свойств и увеличения номенклатуры материалов пригодных для лазерного аддитивного производства.

SLM (Selective Laser Melting) – селективное лазерное плавление. Представляет собой метод аддитивного производства. Специально разработан для 3D-печати металлических сплавов. Изделие создается аддитивно путем плавления частиц металлического порошка в процессе полного плавления.

Аддитивное производство металлических деталей призвано революционизировать количество произведенных изделий. Selective Laser Melting (SLM) (cелективное лазерное плавление) является одной из главных технологий 3д печати.

Но как она работает? Вот о чем эта статья.

Металлический шар сложной формы, изготовленный по технологии SLM. Источник: Phoenixdeventures

Что такое Selective Laser Melting (SLM)?

Selective Laser Melting (SLM) (cелективное лазерное плавление). Является типом изготовления металлических добавок при 3D-печати. Это одна из технологий 3д печати. Часто термины Selective Laser Melting (SLM) и прямое металлическое лазерное спекание (DMLS) используются взаимозаменяемо.

Тем не менее, две технологии немного отличаются. В том, что Selective Laser Melting (SLM) плавит чистые металлы. В то время как DMLS плавит металлические сплавы.

Селективное лазерное плавление является одной из самых захватывающих технологий 3D-печати, доступных сегодня. Она используется как для быстрого прототипирования, так и для массового производства.

Диапазон доступных металлических сплавов довольно широк. В результате конечный результат имеет свойства, эквивалентные тем, которые производятся с помощью традиционных производственных процессов.

Диаграмма, показывающая, как работает SLM 3D печать. Источник: Spilasers

Как это работает?

Селективное лазерное плавление очень похоже на SLS (селективное лазерное спекание). Оба процесса охватываются зонтом термоядерного синтеза. Но основным отличием является тип используемого сырья или порошка.

Селективное лазерное плавление специально для металлов. В то время как SLS использует в основном нейлоновые (PA) полимерные материалы. Но, тем не менее, основной процесс такой же. Как показано на изображении выше, лазер спекает порошок вместе, слой за слоем. Пока модель не будет завершена.

Однако между SLM и SLS есть одна большая разница. Из-за ограничений процесса SLM и веса материала селективное лазерное плавление требует добавления опорных конструкций к любым нависающим элементам.

Это отличается от SLS. Там окружающий порошковый материал может обеспечить достаточную поддержку. В результате позволяя реализовать формы и свойства свободной формы.

Металлический 3D-принтер от EOS. Источник: EOS

Глубинный процесс

Машина имеет камеру, заполненную металлическим порошком. Этот металлический порошок затем распределяется по подложке или сборочной плите. Причем очень тонкими слоями с помощью лезвия для нанесения покрытия.

Затем лазер высокой мощности плавит двухмерный срез детали путем избирательного плавления порошкообразного материала. А сборочная плита опускается на высоту одного слоя.

В результате устройство для нанесения покрытия равномерно распределяет другой слой свежего порошка по всей поверхности. В результате процесс повторяется, пока у вас не будет готовой детали.

Весь этот процесс выполняется в контролируемой атмосфере внутри машины. Как только деталь собрана, ее снимают с машины. Детали удаляются со сборочной плиты. Это часто делается с помощью ленточной пилы.

Затем вам нужно удалить опоры. Но это может быть трудным и длительным процессом. Поскольку материал носителя такой же, как материал детали.

Поверхность спеченных деталей является шероховатой. Поэтому, в зависимости от ваших требований, может потребоваться некоторая постобработка. Для деталей машин также свойственно достигать точных допусков и чистовых деталей, поверхностей и отверстий.

Пример сложной структуры, которая возможна только при 3D-печати. Источник: Appliancedesign

Плюсы и минусы Selective Laser Melting (SLM)

Selective Laser Melting (SLM) является отличной альтернативой традиционным методам производства. Вот плюсы и минусы производства модели с помощью Selective Laser Melting (SLM). В отличие от традиционных методов.

Преимущества

Большой ассортимент доступных металлов.
Способность реализовывать сложные формы или внутренние особенности. Что было бы невероятно сложно или дорого достичь при традиционном производстве.
Сокращено время выполнения заказа из-за отсутствия необходимости в оснастке.
Консолидация деталей, позволяющая производить несколько деталей одновременно.

Недостатки

Дорого, особенно если детали не оптимизированы или не предназначены для процесса.
Требуются специализированные навыки проектирования и производства и знания.
В настоящее время ограничено относительно небольшими деталями.
Грубая поверхность.
Требуется много пост-обработки.

Блестящее будущее Selective Laser Melting (SLM)

Selective Laser Melting используется только в нескольких отраслях. Несмотря на свой потенциал. В основном это связано с высокой стоимостью оборудования и его частей. А также требованиями к постобработке.

Отрасли, где это наиболее полезно, на данный момент, включают следующее:

Медицина: специфичные для пациента имплантаты и другие ценные компоненты медицинского оборудования
Автомобильная промышленность: высокоскоростное прототипирование и изготовление деталей на заказ или низкообъемные высокопроизводительные приложения
Аэрокосмическая отрасль: воздуховоды и другие части
Оснастка: конформные каналы охлаждения в инструментальных вставках

Селективное лазерное плавление — захватывающая технология с большим количеством потенциальных применений. мы должны видеть, что они становятся все более распространенными. По мере роста вариантов использования, развития технологий и удешевления процессов и материалов.

Многие путают селективное лазерное плавление металла с другими схожими технологиями – селективным лазерным спеканием (SLS) и прямым лазерным спеканием металлов (DMLS). Несмотря на некоторое сходство в процессе воспроизведения изделий, это все же разные методики 3D печати. Технология SLM отличается от них некоторыми ключевыми особенностями, которые мы опишем ниже.

Процесс 3D печати

Итак, для начала вам понадобится 3D модель необходимого изделия, созданная по всем правилам 3D моделирования для 3D печати. Модель загружается в специальную программу-слайсер (обычно требуемое ПО поставляется вместе с 3D принтером), где происходит ее подготовка к печати. Имеется ввиду выставление необходимых параметров и настроек печати и разделение будущего изделия на слои для работы с 3D принтером. После этого можно приступать к печати.

Селективное лазерное спекание металла на первых шагах напоминает методики SLS и DMLS: в рабочую камеру подается тонкий слой порошка в количестве, необходимом для первого слоя. Однако наносится материал на подвижную рабочую платформу, которая перемещается по оси Z. Порошок так же разравнивается специальным валиком, излишки удаляются. Самое интересное, что камера 3D принтера во время работы заполняется инертным газом – чаще всего аргоном или азотом с низким содержанием кислорода.

Как только все готово, принтер приступает к 3D печати: с помощью мощного лазера сплавляет вместе металлический порошок по контуру первого слоя. В направления X и Y устройство лазер ориентируется за счет специальных сканирующих зеркал. После завершению процедуры платформа опускается и процесс повторяется. Эти шаги выполняются вплоть до полного воспроизведения объекта. Готовая модель извлекается из 3D принтера вместе с платформой, механически отделяется от нее и очищается от поддержек.

Особенности технологии

Как вы могли заметить, селективное лазерное плавление металла наличием подвижной платформы напоминает технологии SLA и FDM. Как и в этих методиках, под нависающими элементами изделия выстраиваются поддерживающие структуры, которые должны быть удалены по завершению 3D печати. Также важной особенностью технологии является 3D печать в камере с инертным газом, благодаря чему исключается окисление металлического порошка, что позволяет использовать в качестве расходного материала, к примеру, титан.

Преимущества

Практически полная монолитность изделий. Селективное лазерное плавление металла не частично (как в SLS и DMLS), а полностью сплавляет порошок между собой, что влияет на прочность изделия в лучшую сторону;
Возможность изготовления изделий со сложной геометрией. Как и в прочих промышленных технологиях 3D печати, форма изделия не имеет значения. За счет этого, а также предыдущего фактора, селективное лазерное плавление металла способно составить серьезную конкуренцию литью под давлением;
Уменьшение массы изделий. Этот пункт частично пересекается с предыдущим: за счет добавления внутренних полостей в исходную 3D модель готовое изделие будет легче, что чрезвычайно важно, к примеру, в аэрокосмической сфере;
Экономия материала. Этот метод нельзя назвать полностью безотходным, но около 97-99% материала, который не был задействован в непосредственном построении изделия, готов к повторному использованию.

Используемые материалы

Селективное лазерное спекание металла отличается тем, что в нем может использоваться не только со сплавами, но и с чистыми металлическими порошками. Спектр доступных для этого метода 3D печати материалов гораздо шире, чем для методик SLS и DMLS. Так, в числе порошков для печати на SLM 3D принтерах:

кобальт-хром,
нержавеющая сталь
инструментальная сталь
титановые сплавы
титан
алюминий
золото
платина
вольфрам
медь

Селективное лазерное плавление металла: применение

Из преимуществ методики сферы ее применения можно определить так: любая задача и отрасль промышленности, где важны скорость воспроизведения прочных, практически монолитных объектов со сложной геометрией. Добавьте сюда возможность изготовления деталей с полостями в стенках, и получите аэрокосмическую и автомобильную сферы производства. Кроме того, селективное лазерное плавление металла широко применяется в медицине, к примеру, для изготовления легких и прочных анатомических имплантатов.

Однако это не предел развития технологии. За счет высокой скорости развития методики и аддитивного производства в целом селективное лазерное спекание металла стремительно совершенствуется, открывается доступ к работе с новыми видами материалов. А это влечет за собой расширение области применения технологии SLM.

Читайте также: