Was ist DMLS
DMLS ist die Abkürzung für Direct Metal Laser Sintering, ein additives Metallherstellungsverfahren, das zum Pulverbettfusions-3D-Druck gehört. Beim DMLS-Prozess wird ein Lasersystem Metallpulverpartikel scannen und selektiv verschmelzen und sie miteinander verbinden, um Teile Schicht für Schicht aufzubauen. Die in diesem Verfahren verwendeten Materialien sind körniges Metall. Diese Materialien haben variable Schmelzpunkte, die bei erhöhten Temperaturen auf molekularer Ebene verschmelzen können. Die DMLS-Technologie wird für die Herstellung von Metalllegierungen eingesetzt. In diesem Artikel beschreiben wir den grundlegenden Mechanismus des DMLS-Prozesses sowie seine Vorteile und Einschränkungen.
Wie DMLS funktioniert
DMLS-Herstellungsprozess:
- Die Baukammer wird mit Einsatzgas wie Argon gefüllt, um die Metallpulveroxidation bei optimaler Bautemperatur zu minimieren.
- Eine dünne Schicht Metallpulver wird über die Bauplattform verteilt, dann scannt das Lasersystem den Querschnitt der Komponente und schmilzt oder verschmilzt das Metallpulver, um eine neue Schicht zu erzeugen. Da der gesamte Modellbereich gescannt wird, sind die endgültigen Teile vollständig solide.
- Sobald ein Scanvorgang abgeschlossen ist, bewegt sich die Bauplattform in einer Schichtdicke nach unten und trägt dann eine weitere dünne Schicht Metallpulver auf. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis der gesamte Teil abgeschlossen ist.
Nach Abschluss dieses Herstellungsprozesses werden die Teile in Metallpulver gekapselt. Die Stützstruktur wird aus dem gleichen Material wie die Teile hergestellt, es ist erforderlich, um ein Verziehen und Verziehen bei hoher Verarbeitungstemperatur zu vermeiden.
Dann kühlt die Bauplattform auf Raumtemperatur ab, das restliche Metallpulver wird manuell entfernt. Gedruckte Teile einer Bauplattform müssen wärmebehandelt werden, um Eigenspannungen abzubauen. Schließlich werden spanabhebende oder spanabhebende Verfahren verwendet, um die endgültigen Komponenten zu lösen.
DMLS-Eigenschaften
DMLS-Druckerparameter
Bei DMLS werden fast alle Prozessparameter vom Maschinenhersteller eingestellt. Die Schichthöhe in DMLS variiert zwischen 20 und 50 Mikrometer, was von Metallpulvereigenschaften wie Fließfähigkeit, Pulvergrößenverteilung und Formen abhängt.
Die typische Größe eines DMLS-Systems beträgt 250 × 150 × 150 mm Maßhaltigkeit beträgt etwa ±0,1 mm. DMLS wird häufig für die Kleinserienproduktion verwendet, da Teile immer an Bauplattformen befestigt sind und durch den Druckbereich in X- und Y-Richtung eingeschränkt sind.
Das Metallpulver in DMLS ist hoch recycelbar, nur weniger als 5% werden verschwendet. Nach dem Druckvorgang wird ungesintertes Pulver gesammelt, gesiebt und dann mit frischen Materialien für den nächsten Druck gefüllt. Der einzige Abfall ist der Stützstruktur, was für die erfolgreiche Fertigstellung der letzten Teile entscheidend ist. Dies wird die Menge an Material und Kosten drastisch erhöhen.
Schichthaftung
DMLS-Teile haben nahezu isotrope mechanische und thermische Eigenschaften, es gibt sehr wenig innere Porosität auf der festen Oberfläche, die Porosität beträgt weniger als 0,2 bis 0,51 TP2T im gesinterten Zustand. Nach der thermischen Behandlung reduziert sich dieser auf nahezu Null. DMLS-Teile haben überlegene mechanische Eigenschaften und eine höhere Härte, sind aber anfälliger für Ermüdung. Aufgrund der körnigen Form von Metallpulver beträgt die Oberflächenrauheit von DMLS-Teilen ungefähr 6 bis 10 Mikrometer. Dies bestimmt auch die geringere Ermüdungsfestigkeit von Endteilen.
Stützstruktur & Teileorientierung
Stützstruktur ist im DMLS-Prozess aufgrund der hohen Verarbeitungstemperatur erforderlich.
Funktionen der DMLS-Unterstützungsstruktur:
- Geeignete Plattform für die nächste Schicht bereitstellen.
- Teile auf Bauplatte verankern, um Verzug zu vermeiden.
- Entziehen Sie gedruckten Teilen wie Kühlkörpern Wärme, steuern Sie die Abkühlgeschwindigkeit bei geeigneter Geschwindigkeit.
DMLS-Teile sollten mit einem Winkel ausgerichtet werden, um die Wahrscheinlichkeit einer Verformung zu minimieren und die Festigkeit in kritischen Richtungen zu maximieren. Es besteht kein Zweifel, dass dies die Druckzeit, den Materialabfall und die Gesamtkosten erhöhen wird. Das Verziehen kann auch durch zufällige Scanmuster minimiert werden, dies verhindert Restspannungen in bestimmten Richtungen und fügt auch eine charakteristische Oberflächentextur hinzu.
Als hohe Kosten für DMLS werden Simulationen verwendet, um das Druckverhalten vorherzusagen. Topologieoptimierungsalgorithmen können verwendet werden, um die mechanische Leistung zu maximieren und leichte Teile zu erstellen, den Bedarf an Stützstrukturen und die Wahrscheinlichkeit von Verwerfungen zu minimieren.
Hohlprofile und leichte Struktur
DMLS kann keine großen Hohlprofile als schwierige Entfernung der Stützstruktur verwenden. Für Innenkanäle mit einem Durchmesser von mehr als 8 mm empfehlen wir, anstelle von kreisförmigen Diamant- oder Tropfenquerschnitten zu verwenden, da diese Merkmale keine Stützstrukturen benötigen.
Die Konstruktion von Haut und Kernen in DMLS ist eine Alternative zu Hohlprofilen. Dieses Design kann mit unterschiedlichem Laserpulver und Scangeschwindigkeit bearbeitet werden, um unterschiedliche Materialeigenschaften zu erzeugen. Dieses Verfahren ist sehr nützlich für die Herstellung großer Massivprofile, es reduziert die Druckzeit und die Wahrscheinlichkeit von Verwerfungen und produziert Teile mit hoher Stabilität und ausgezeichneter Oberflächenqualität.
Die Gitterstruktur ist eine gängige Strategie in DMLS, um das Teilegewicht zu reduzieren, Topologieoptimierungsalgorithmen können das Design einer organischen Leichtbauform unterstützen.
Gängige DMLS-Materialien
DMLS kann verschiedene Teile aus einer breiten Palette von Metalllegierungen herstellen, darunter Aluminium, Edelstahl, Titan, Kobalt-Chrom. Diese Materialien erfüllen die meisten industriellen Anwendungsanforderungen. Die Kosten für Metallpulver sind sehr hoch, daher müssen wir das Teilevolumen und die Stützstruktur minimieren.
Die Hauptstärke von DMLS ist seine Kompatibilität mit hochfesten Metalllegierungen wie Nickel- oder Kobalt-Chrom-Superlegierungen, diese Legierungen sind mit herkömmlichen Methoden schwierig herzustellen. Die DMLS-Technologie spart erheblich Kosten und Zeit und kann zu hohen Oberflächengüten nachbearbeitet werden.
| Material | Eigenschaften | |
| Vorteile | Nachteile | |
| Aluminiumlegierungen | Gute mechanische und thermische EigenschaftenGeringe DichteGute elektrische Leitfähigkeit | Geringe Härte |
| Rostfreier Stahl | Hohe VerschleißfestigkeitGroße HärteGute Duktilität und Schweißbarkeit | |
| Titanlegierungen | KorrosionsbeständigkeitHervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu GewichtBiokompatibel | |
| Kobalt-Chrom-Superlegierungen | Hervorragende Verschleiß- und KorrosionsbeständigkeitTolle EigenschaftenHohe HärteBiokompatibel | |
| Nickel-Superlegierungen | Hervorragende mechanische EigenschaftenHohe KorrosionsbeständigkeitTemperaturbeständigkeit bei 1200℃ | |
| Edelmetalle | Schmuckanwendung | Nicht weit verbreitet |
Nachbearbeitung
Verschiedene Nachbearbeitungstechnologien werden angewendet, um die Eigenschaften, Genauigkeit und das Erscheinungsbild von DMLS-Teilen zu verbessern. Zu den obligatorischen Nachbearbeitungsschritten gehören das Entfernen von losem Pulver und das Entfernen der Stützstruktur, während eine Wärmebehandlung wie thermisches Glühen verwendet wird, um Eigenspannungen abzubauen und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. CNC-Bearbeitung kann für entscheidende Merkmale wie Löcher oder Gewinde angewendet werden. Strahlen, Metallplattieren, Polieren und Mikrobearbeitung verbessern die Oberflächenqualität und Ermüdungsfestigkeit der Teile.
DMLS-Vorteile & Einschränkungen
DMLS-Vorteile:
- DMLS kann kundenspezifische Teile mit komplexen Geometrien herstellen, die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nicht hergestellt werden können.
- DMLS-Teile können topologisch optimiert werden, um die Leistung zu maximieren und das Gesamtgewicht zu minimieren.
- DMLS-Teile haben hervorragende physikalische Eigenschaften, die verfügbaren Materialien umfassen Superlegierungsmetalle, die schwer zu verarbeiten sind.
DMLS-Einschränkungen:
- Die Material- und Herstellungskosten von DMLS sind sehr hoch und eignen sich nicht für eine einfache Herstellung mit herkömmlichen Methoden.
- Die DMLS-Baugröße ist begrenzt, da genaue Produktionsbedingungen und Prozesskontrolle.
- Eine Designanpassung ist erforderlich, um dem DMLS-Prozess zu entsprechen.