DMLS Uvod

Jack Lie Stručnjak za CNC mašinsku obradu

Specijalizirani za CNC glodanje, CNC tokarenje, 3D štampanje, lijevanje uretana, brzu obradu alata, brizganje, livenje metala,


Šta je DMLS

DMLS je skraćenica od Direct Metal Laser Sintering, što je proces proizvodnje metalnih aditiva koji pripada fuzionoj 3D štampi u prahu. U DMLS procesu, laserski sistem će skenirati i selektivno spajati čestice metalnog praha, povezivati ih zajedno kako bi se izgradili dijelovi sloj po sloj. Materijali koji se koriste u ovom procesu su metali u obliku granula. Ovi materijali imaju promjenjive tačke topljenja, koje se mogu stopiti na molekularnom nivou na povišenim temperaturama. DMLS tehnologija se primjenjuje za proizvodnju metalnih legura. U ovom članku ćemo opisati osnovni mehanizam DMLS procesa, te njegove prednosti i ograničenja.

Kako DMLS funkcioniše

DMLS proizvodni proces:

  1. Komora za izgradnju je napunjena umetnutim gasom poput argona, kako bi se minimizirala oksidacija metalnog praha na optimalnoj temperaturi zgrade.
  2. Tanak sloj metalnog praha se širi preko platforme za izgradnju, a zatim će laserski sistem skenirati poprečni presjek komponente, topeći ili stapajući metalni prah kako bi stvorio novi sloj. Kako se skenira čitavo područje modela, konačni dijelovi su potpuno čvrsti.
  3. Kada se proces skeniranja završi, platforma za izradu će se pomjeriti prema dolje u debljini jednog sloja, a zatim će ponovo premazati još jedan tanki sloj metalnog praha. Ovaj proces se ponavlja dok se cijeli dio ne završi.

Kada se ovaj proizvodni proces završi, dijelovi se kapsuliraju u metalni prah. Nosiva konstrukcija je izrađena od istog materijala kao i dijelovi, potrebno je da se izbjegne savijanje i izobličenje pri visokoj temperaturi obrade.

Zatim će se platforma za izgradnju ohladiti na sobnu temperaturu, a preostala snaga metala će se ukloniti ručno. Odštampani dijelovi za jednu platformu će trebati termičku obradu kako bi se smanjila zaostala naprezanja. Konačno, metoda rezanja ili strojne obrade se koristi za odvajanje konačnih komponenti.

DMLS karakteristike

Parametri DMLS štampača

U DMLS-u, gotovo sve procesne parametre postavlja proizvođač mašine. Visina sloja u DMLS varira između 20 do 50 mikrona, što zavisi od svojstava metalnog praha kao što su protočnost, distribucija veličine snage, oblici.

Tipična veličina DMLS sistema je 250×150×150 mm tačnost dimenzija iznosi približno ±0,1 mm. DMLS je naširoko tužen za proizvodnju u malim serijama, jer su dijelovi uvijek pričvršćeni za platforme za izgradnju, ograničen je područjem za štampanje u smjeru X i Y.

Metalni prah u DMLS-u se može reciklirati, samo manje od 5% se troši. Nakon procesa štampanja, nesinterovani prah će biti sakupljen, prosijan i zatim napunjen svežim materijalom za sledeću štampu. Jedini otpad je potporna struktura, što je ključno za uspješan završetak završnih dijelova. To će drastično povećati količinu materijala i troškove.

Adhezija sloja

DMLS dijelovi imaju skoro izotropna mehanička i termička svojstva, ima vrlo malo unutrašnje poroznosti na čvrstoj površini, poroznost je manja od 0,2 do 0,5% u sinterovanom stanju. Nakon termičke obrade, ovo će se smanjiti na gotovo nulu. DMLS dijelovi imaju superiorna mehanička svojstva i veću tvrdoću, ali su skloniji zamoru. Zbog metalnog praha koji ima granularni oblik, hrapavost površine DMLS dijelova je približno 6 do 10 mikrona. Ovo također određuje nižu čvrstoću na zamor završnih dijelova.

Potporna struktura i orijentacija dijelova

Potporna struktura je potrebno u DMLS procesu, zbog visoke temperature obrade.

DMLS funkcije podrške strukture:

  1. Obezbedite odgovarajuću platformu za sledeći sloj.
  2. Pričvrstite dijelove za konstrukcijsku ploču, kako biste spriječili savijanje.
  3. Odvodite toplotu sa štampanih delova kao što su hladnjaci, kontrolišite brzinu hlađenja odgovarajućom brzinom.

DMLS dijelovi trebaju biti orijentirani pod uglom kako bi se smanjila vjerovatnoća savijanja i maksimizirala snaga u kritičnim smjerovima. Nema sumnje da će to povećati vrijeme štampe, materijalni otpad i ukupne troškove. Iskrivljavanje se također može minimizirati nasumično odabranim uzorcima skeniranja, što će spriječiti preostalo naprezanje u bilo kojem određenom smjeru, a također će dodati karakterističnu površinsku teksturu.

Zbog visoke cijene DMLS-a, simulacije se koriste za predviđanje ponašanja štampanja. Algoritmi za optimizaciju topologije mogu se koristiti za maksimiziranje mehaničkih performansi i stvaranje lakih dijelova, minimiziranje potrebe za potpornom strukturom i vjerovatnoću savijanja.

Šuplji profili i lagana struktura

DMLS ne može koristiti velike šuplje dijelove kao teško uklanjanje potporne konstrukcije. Za unutrašnje kanale većeg prečnika od 8 mm, preporučujemo da se umesto kružnih primenite dijamantski ili kapljičasti preseci, jer ove karakteristike ne zahtevaju nikakve potporne konstrukcije.

Dizajn kože i jezgri u DMLS-u je alternativa šupljim profilima. Ovaj dizajn se može obraditi različitim laserskim prahom i brzinom skeniranja, kako bi se stvorila različita svojstva materijala. Ovaj proces je veoma koristan za proizvodnju velikih čvrstih preseka, smanjiće vreme štampe i verovatnoću savijanja, i proizvesti delove sa visokom stabilnošću i odličnim kvalitetom površine.

Rešetkasta struktura je uobičajena strategija u DMLS-u za smanjenje težine dijelova, algoritmi za optimizaciju topologije mogu pomoći u dizajnu organske lagane forme.

Uobičajeni DMLS materijali

DMLS može proizvesti različite dijelove od širokog spektra metalnih legura, uključujući aluminij, nehrđajući čelik, titan, kobalt hrom. Ovi materijali će zadovoljiti većinu zahtjeva industrijske primjene. Cijena metalnog praha je vrlo visoka, tako da moramo minimizirati volumen dijelova i potpornu strukturu.

Ključna snaga DMLS-a je njegova kompatibilnost sa metalnim legurama visoke čvrstoće, kao što su nikl ili kobalt-hrom superlegura, ove legure je teško proizvesti tradicionalnim metodama. DMLS tehnologija će značajno uštedjeti troškove i vrijeme i može se naknadno obraditi do visoke površinske obrade.

MaterijalKarakteristike
PrednostiNedostaci
Aluminijske legureDobra mehanička i termička svojstva Mala gustina Dobra električna provodljivostNiska tvrdoća
Nehrđajući čelikVisoka otpornost na habanje Velika tvrdoća Dobra duktilnost i sposobnost zavarivanja
Legure titanijumaOtpornost na koroziju Odličan omjer čvrstoće i težine Bio-kompatibilan
Superlegure kobalt-hromOdlična otpornost na habanje i koroziju Odlična svojstva Visoka tvrdoća Bio-kompatibilan
Superlegure niklaOdlična mehanička svojstva Visoka otpornost na koroziju Otpornost na temperaturu na 1200℃
Plemeniti metaliAplikacija za nakitNije široko dostupno

Naknadnu obradu

Primjenjuju se različite tehnologije naknadne obrade za poboljšanje svojstava, tačnosti i izgleda DMLS dijelova. Obavezni koraci naknadne obrade uključuju uklanjanje pudera u prahu, uklanjanje potporne strukture, dok se toplinska obrada poput termičkog žarenja koristi za ublažavanje zaostalog naprezanja i poboljšanje mehaničkih svojstava. CNC obrada može se primijeniti za ključne karakteristike poput rupa ili niti. Peskarenje, metalna obrada, poliranje i mikro-obrada poboljšat će kvalitet površine dijelova i čvrstoću na zamor.

DMLS pogodnosti & Ograničenja

Prednosti DMLS-a:

  1. DMLS može proizvesti prilagođene dijelove sa složenom geometrijom, koje tradicionalni način proizvodnje ne može proizvesti.
  2. DMLS dijelovi se mogu topološki optimizirati kako bi se maksimizirale performanse i smanjila ukupna težina.
  3. DMLS dijelovi imaju odlična fizička svojstva, dostupni materijali uključuju superlegirani metal koji je teško obraditi.

DMLS ograničenja:

  1. DMLS materijal i troškovi proizvodnje su vrlo visoki, nije pogodan za jednostavnu proizvodnju tradicionalnim metodama.
  2. Veličina DMLS-a je ograničena, što se tiče preciznih uslova proizvodnje i kontrole procesa.
  3. Potrebno je prilagođavanje dizajna kako bi odgovaralo DMLS procesu.