מבוא DMLS

מה זה DMLS

DMLS הוא קיצור של Direct Metal Laser Sintering, שהוא תהליך ייצור תוסף מתכת השייך להדפסה תלת מימדית של היתוך אבקה. בתהליך DMLS, מערכת לייזר תסרוק ותמזג באופן סלקטיבי חלקיקי אבקת מתכת, תקשר אותם יחד כדי לבנות חלקים שכבה אחר שכבה. החומרים המשמשים בתהליך זה הם מתכת גרגירית. לחומרים אלה יש נקודות התכה משתנות, שיכולות להתמזג ברמה מולקולרית בטמפרטורות גבוהות. טכנולוגיית DMLS מיושמת לייצור סגסוגות מתכת. נתאר את המנגנון הבסיסי של תהליך DMLS, ואת היתרונות והמגבלות שלו במאמר זה.

איך DMLS עובד

תהליך ייצור DMLS:

1. תא הבנייה מלא בגז הכנס כמו ארגון, על מנת למזער את חמצון אבקת המתכת בטמפרטורת הבנייה האופטימלית.
2. שכבה דקה של אבקת מתכת נפרסת על גבי פלטפורמת הבנייה, ואז מערכת הלייזר תסרוק את חתך הרכיב, תמיס או תמזג את אבקת המתכת ליצירת שכבה חדשה. כאשר כל שטח הדגם נסרק, החלקים האחרונים מוצקים לחלוטין.
3. לאחר השלמת תהליך הסריקה, פלטפורמת הבנייה תנוע כלפי מטה בעובי שכבה אחת, ולאחר מכן תצפה מחדש שכבה דקה נוספת של אבקת מתכת. תהליך זה חוזר על עצמו עד להשלמת כל החלק.

לאחר שתהליך ייצור זה מסתיים, החלקים מכוסים באבקת מתכת. מבנה התמיכה נוצר עם חומר זהה לחלקים, הוא נדרש למנוע עיוות ועיוות בטמפרטורת עיבוד גבוהה.

אז פלטפורמת הבנייה תתקרר לטמפרטורת החדר, שאר כוח המתכת יוסר באופן ידני. חלקים מודפסים פלטפורמת בנייה אחת יזדקקו לטיפול בחום כדי להקל על מתחים שיוריים. לבסוף נעשה שימוש בשיטת חיתוך או עיבוד כדי לנתק את הרכיבים הסופיים.

מאפייני DMLS

פרמטרים של מדפסת DMLS

ב-DMLS, כמעט כל פרמטרי התהליך נקבעים על ידי יצרן המכונה. גובה השכבה ב-DMLS משתנה בין 20 ל-50 מיקרון, אשר תלוי במאפייני אבקת מתכת כמו יכולת זרימה, חלוקת גודל הכוח, צורות.

הגודל הטיפוסי של מערכת DMLS הוא 250×150×150 מ"מ, ה דיוק הממדים הוא בערך ±0.1 מ"מ. DMLS נתבע באופן נרחב עבור ייצור אצווה קטנה, מכיוון שחלקים תמיד מחוברים לבניית פלטפורמות, הוא מוגבל על ידי אזור ההדפסה בכיווני X ו-Y.

אבקת המתכת ב-DMLS ניתנת למחזור גבוה, רק פחות מ-5% מתבזבז. לאחר תהליך ההדפסה, אבקה לא מושחתת תיאסף, תסננה ולאחר מכן תמלא בחומרים טריים להדפסה הבאה. הבזבוז היחיד הוא מבנה תמיכה, שהוא חיוני להשלמה מוצלחת של חלקים אחרונים. זה יגדיל את כמות החומרים ואת העלות באופן דרסטי.

הדבקת שכבה

לחלקי DMLS יש תכונות מכניות ותרמיות כמעט איזוטרופיות, יש מעט מאוד נקבוביות פנימית על משטח מוצק, הנקבוביות היא פחות מ-0.2 עד 0.5% במצב כמו-sintered. לאחר עיבוד תרמי, זה יקטן לכמעט אפס. לחלקי DMLS יש תכונות מכניות מעולות וקשיות גבוהה יותר, אך הם נוטים יותר לעייפות. בשל אבקת מתכת יש צורה גרגירית, חספוס פני השטח של חלקי DMLS הוא בערך 6 עד 10 מיקרון. זה גם קובע את חוזק העייפות הנמוך יותר של חלקים סופיים.

מבנה תמיכה וכיוון חלק

מבנה תמיכה נדרש בתהליך DMLS, בגלל טמפרטורת עיבוד גבוהה.

פונקציות מבנה התמיכה של DMLS:

1. לספק פלטפורמה מתאימה לשכבה הבאה.
2. חלקי עיגון לבניית לוח, על מנת למנוע עיוות.
3. שואב חום מחלקים מודפסים כמו גופי קירור, שליטה בקצב הקירור במהירות מתאימה.

חלקי DMLS צריכים להיות מכוונים בזווית כדי למזער את הסבירות לעיוות ולמקסם את החוזק בכיוונים קריטיים. אין ספק שזה יגדיל את זמן ההדפסה, בזבוז החומר והעלות הכוללת. ניתן למזער את העיוות גם על ידי דפוסי סריקה אקראיים, זה ימנע מתח שיורי בכל כיוון מסוים, וגם יוסיף מרקם משטח אופייני.

עלות גבוהה של DMLS, סימולציות משמשות לניבוי התנהגות הדפסה. ניתן להשתמש באלגוריתמי אופטימיזציה של טופולוגיה כדי למקסם את הביצועים המכניים וליצור חלקים קלים, למזער את הצורך במבנה התמיכה ואת הסבירות לעיוות.

חלקים חלולים ומבנה קל משקל

DMLS לא יכול להשתמש בחלקים חלולים גדולים כהסרה קשה של מבנה תמיכה. עבור תעלות פנימיות בקוטר של 8 מ"מ, אנו ממליצים ליישם חתכי יהלום או קרעים במקום עגולים, בגלל התכונות הללו אין צורך במבני תמיכה.

עיצוב העור והליבות ב-DMLS הוא חלופה לחלקים חלולים. ניתן לעבד עיצוב זה עם אבקת לייזר ומהירות סריקה שונה, על מנת ליצור תכונות חומר שונות. תהליך זה שימושי מאוד לייצור חלקים מוצקים גדולים, הוא יקטין את זמן ההדפסה ואת הסבירות לעיוות, וייצור חלקים בעלי יציבות גבוהה ואיכות פני שטח מעולה.

מבנה הסריג הוא אסטרטגיה נפוצה ב-DMLS להפחתת משקל החלקים, אלגוריתמי אופטימיזציה של טופולוגיה יכולים לסייע בתכנון של צורה אורגנית קלת משקל.

חומרי DMLS נפוצים

DMLS יכול לייצר חלקים שונים ממגוון רחב של סגסוגות מתכת, כולל אלומיניום, נירוסטה, טיטניום, כרום קובלט. חומרים אלה יספקו את רוב דרישות היישום התעשייתי. העלות של אבקת מתכת גבוהה מאוד, ולכן עלינו למזער את נפח החלקים ואת מבנה התמיכה.

החוזק המרכזי של DMLS הוא התאימות שלו עם סגסוגות מתכת בחוזק גבוה, כמו ניקל או קובלט-כרום סגסוגות, קשה לייצר סגסוגות אלה בשיטות מסורתיות. טכנולוגיית DMLS תחסוך בעלויות ובזמן באופן משמעותי, וניתן לעבד אותה לאחר גימור משטח גבוה.

חוֹמֶר	מאפיינים
יתרונות	חסרונות
סגסוגות אלומיניום	תכונות מכניות ותרמיות טובות צפיפות נמוכה מוליכות חשמלית טובה	קשיות נמוכה
פלדת אל - חלד	עמידות בפני שחיקה קשיות רבה גמישות טובה ויכולת ריתוך
סגסוגות טיטניום	עמידות בפני קורוזיה יחס חוזק למשקל מעולה תואם ביו
קובלט-כרום סגסוגות על	עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני קורוזיה מעולה תכונות מעולות קשיות גבוהה תואם ביולוגי
סגסוגות על ניקל	תכונות מכניות מעולות עמידות בפני קורוזיה גבוהה עמידות בטמפרטורה ב-1200℃
מתכות יקרות	יישום תכשיטים	לא זמין באופן נרחב

לאחר עיבוד

טכנולוגיות שלאחר עיבוד שונות מיושמות כדי לשפר את המאפיינים, הדיוק והמראה של חלקי DMLS. שלבי עיבוד חובה לאחר עיבוד כוללים הסרת אבקה רופפת, הסרת מבנה תמיכה, בעוד שטיפול בחום כמו חישול תרמי משמש להפגת מתח שיורי ולשיפור תכונות מכניות. עיבוד CNC ניתן ליישם עבור תכונות חיוניות כמו חורים או חוטים. פיצוץ מדיה, ציפוי מתכת, ליטוש ועיבוד מיקרו ישפרו את איכות פני החלקים וחוזק העייפות.

הטבות DMLS & מגבלות

יתרונות DMLS:

1. DMLS יכול לייצר חלקים מותאמים אישית עם גיאומטריות מורכבות, ששיטת הייצור המסורתית אינה מסוגלת לייצר.
2. ניתן לבצע אופטימיזציה טופולוגית לחלקי DMLS כדי למקסם את הביצועים ולמזער את המשקל הכולל.
3. לחלקי DMLS תכונות פיזיקליות מצוינות, החומרים הזמינים כוללים מתכת סגסוגת על, שקשה לעבד אותה.

מגבלות DMLS:

1. חומר DMLS ועלות הייצור גבוהה מאוד, הוא אינו מתאים לייצור קל בשיטות מסורתיות.
2. גודל הבנייה של DMLS מוגבל, מכיוון שתנאי ייצור מדויקים ובקרת תהליכים.
3. נדרשת התאמת עיצוב כדי להתאים לתהליך DMLS.