DMLS ist ein schnelles Herstellungsverfahren, da additiv gefertigte Metallteile in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt werden. Seine große Gestaltungsfreiheit, die Vereinfachung und Konsolidierung von Komponenten eignen sich am besten für die kundenspezifische oder mittelgroße Teileproduktion.
DMLS-Druckverfahren
DMLS ist eine Pulverschmelztechnologie, die ein Lasersystem verwendet, um Metallpulver Schicht für Schicht zu verschmelzen. Jede Schicht oder Scheibe ist eine Teilequerschnittsgeometrie in einer bestimmten Höhe, diese Schichten und Scheiben enthalten zusammen das gesamte Teil. Metall mit endlicher Dicke wird einem Lasersystem für den Sinterprozess ausgesetzt, dann wiederholen Sie diesen Prozess, wenn alle Schichten fertig sind. Wenn der Laser Metallpulver verschmilzt, verschmilzt auch die aktuelle Schicht mit den vorherigen Schichten. Teilegröße und Druckerparameter bestimmen die Produktionszeit.
Als typische DMLS-Maschine scannt das Lasersystem das Oberflächenbett mit der oberen Leistung und sintert das Pulver auf eine gebundene Querschnittsscheibe mit einer bestimmten Höhe. Die Konstruktionsplattform sinkt nach dem Sintern ab, dann streicht der neu beschichtete Blader mit einer neuen Schicht Metallpulver über das Pulverbett. Die Sammelplattform wird nach unten reduziert, um überlaufendes Pulver aufzunehmen. Dieser Prozess wiederholt sich, bis die endgültigen Teile fertiggestellt sind, die aus Tausenden von Mikrometer dicken Schichten bestehen.
Nach dem Fertigungsprozess benötigen wir eine Bandsäge oder eine Drahterodiermaschine, um fertige Teile von der Bauplattform zu entfernen, nachdem loses Pulver weggebürstet wurde.
DMLS-Design
Es gibt mehrere Designempfehlungen im DMLS-Designprozess. Diese Prinzipien werden uns dabei helfen, eine hohe Qualität, eine hervorragende Oberflächengüte und eine hohe Maßgenauigkeit zu erreichen. Obwohl die meisten Designrichtlinien von Druckmaterialien und Laserparametern abhängen, garantieren geometrische Empfehlungen, dass Designteile wie erwartet produziert werden.
Allgemeine Richtlinie für das DMLS-Design
Wandstärke: Bei den meisten Metallmaterialien gewährleistet eine Mindestwandstärke von 0,4 mm einen erfolgreichen DMLS-Druckprozess.
Stiftdurchmesser: Der minimale Stiftdurchmesser von 1 mm ist zuverlässig, während kleinere Durchmesser die Konturschärfe verringern.
Lochgröße: Bohrungen mit Durchmessern zwischen 0,5 mm und 6 mm können ohne zusätzliche Unterstützung zuverlässig erstellt werden. Orientierungshilfe frei von Bohrungen Durchmesser in 6mm bis 10mm bestimmen. Löcher mit einem Durchmesser von mehr als 10 mm benötigen Stützstrukturen.
Fluchtloch: Hohle Metallteile benötigen Austrittslöcher, um loses Metallpulver zu entfernen, der empfohlene Lochdurchmesser beträgt 2-5 mm. Mehrere Austrittslöcher verbessern die Effizienz der Pulverentfernung.
Überhänge: Der minimale Überhangwinkel ohne Unterstützung beträgt in den meisten Fällen 45 Grad.
Nicht unterstützte Kanten: Die maximale Länge der Kragarmüberhänge beträgt 0,5 mm, horizontale Überhänge mit Unterstützung auf beiden Seiten können bis zu 1 mm erreichen.
Seitenverhältnis: Das maximale Verhältnis von vertikaler Höhe zu Abschnitt beträgt 8:1, wodurch die Stabilität der Druckteile auf der Bauplatte sichergestellt wird.
Toleranz: Die Toleranz in Druckrichtung beträgt ± 1 Schichtdicke, in xy-Richtung beträgt die erreichbare Toleranz ± 0,127 mm.
Stützmaterial
Aufgrund der hohen Temperaturen im DMLS-Prozess und seines natürlichen Schicht-für-Schicht-Aufbaus benötigen wir unterstützende Strukturen um nicht unterstützte Geometrien mit der Bauplattform zu verbinden und auch als Wärmesenke zu fungieren. Stützmaterial spielt eine wesentliche Rolle beim DMLS-Design. Es gibt zwei Faktoren, die wir berücksichtigen müssen:
- DMLS sintert Schichten aus Metallpulvern bei hoher Temperatur, jede Schicht braucht eine feste Sache, um darauf aufzubauen, anstatt loses Pulver in SLS. Um dies zu erreichen, werden zunächst Stützstrukturen gedruckt, auf denen dann feste Abschnitte aufgebaut werden können, die nicht auf der Bauplatte befestigt sind.
- Unterschiedliche Kühlprozesse in jeder Schicht erzeugen Restspannungen, die zu Kräuselungen und Verzerrungen führen. Das Trägermaterial leitet die Wärme von kürzlich gedruckten Abschnitten ab und verankert sie auch auf einer festen Unterlage.
Stützmaterial verursacht zusätzliche Kosten und muss nach Abschluss des Druckvorgangs entfernt werden. Darüber hinaus muss die Nachbearbeitung auf der Kontaktfläche des Trägermaterials die gleiche Oberflächenbeschaffenheit auf dem nicht unterstützten Bereich erreichen.
Oberflächenqualität
Wie beim Designprozess muss die Oberfläche der Präsentationsseite glatt sein, daher ist eine Nachbearbeitung erforderlich. Wir brauchen einige Schritte, um die Oberflächenqualität mit der Auswahl der Teileorientierung zu verbessern.
- Nach oben gerichtete Oberflächen haben schärfere Kanten und eine bessere Oberflächenqualität als nach unten gerichtete Oberflächen.
- Um Stufeneffekte auf der Oberfläche zu vermeiden, sollte der Winkel der Ebene relativ zum Horizont größer als 20 Grad sein.
Prozessbeschränkungen
Kosten
Die Kosten für DMLS-Materialien sind sehr hoch, sodass herkömmliche Fertigungstechnologien kostengünstiger sein können, insbesondere bei der Produktion in großem Maßstab. DMLS eignet sich am besten für die Herstellung komplexer und kundenspezifischer Teile oder für spezielle Geometrien, die mit herkömmlichen Verfahren nicht hergestellt werden können.
Design für die additive Fertigung
Es gibt ein Missverständnis für DMLS, dass jedes Anwendungsdesign für die konventionelle Fertigung in eine DMLS-Lösung konvertiert werden kann. Wenn Teile für die konventionelle Fertigung ausgelegt sind, sind sie nicht für den 3D-Druck geeignet. Wenn ein Teil ein großes Verhältnis von Größe zu Komplexität ohne zusätzlichen Wert oder funktionale Fähigkeiten aufweist, kann es für DMLS entwickelt werden.
Produktgröße
DMLS produziert im Vergleich zu herkömmlicher Technologie ein kleineres Teilevolumen, sein durchschnittliches Volumen beträgt 250 mm x 250 mm x 300 mm.
Maschinenkomplexität
Die DMLS-Maschine ist kein Plug-to-Play-Polymersystem, die meisten DMLS-Maschinen haben industrielle Größe, die strenge Betriebs-, Materialhandhabungs-, Nachbearbeitungs- und Wartungsverfahren erfordern.
Fazit
Im DMLS-Designprozess ist Support ein entscheidender Faktor, um Geometrie und Platzierung zu optimieren und Kosten und Zeit zu sparen. Die Teileorientierung wird für schärfere Kanten und eine bessere Oberflächengüte berücksichtigt.