Что такое ДМЛС
DMLS — это аббревиатура от Direct Metal Laser Sintering, которая представляет собой процесс аддитивного производства металлов, относящийся к 3D-печати методом плавления в порошковом слое. В процессе DMLS лазерная система сканирует и избирательно сплавляет частицы металлического порошка, соединяя их вместе для создания деталей слой за слоем. Материалы, используемые в этом процессе, представляют собой металл в гранулированной форме. Эти материалы имеют переменную температуру плавления и могут плавиться на молекулярном уровне при повышенных температурах. Технология DMLS применяется при производстве металлических сплавов. В этой статье мы опишем базовый механизм процесса DMLS, а также его преимущества и ограничения.
Как работает ДМЛС
Процесс изготовления ДМЛС:
- Рабочая камера заполнена вставочным газом, например аргоном, чтобы свести к минимуму окисление металлического порошка при оптимальной температуре здания.
- Тонкий слой металлического порошка распределяется по рабочей платформе, затем лазерная система сканирует поперечное сечение компонента, расплавляя или сплавляя металлический порошок для создания нового слоя. Поскольку вся область модели сканируется, конечные детали становятся полностью твердыми.
- После завершения процесса сканирования рабочая платформа переместится вниз на один слой толщины, а затем повторно покроет еще один тонкий слой металлического порошка. Этот процесс повторяется до тех пор, пока вся деталь не будет завершена.
После завершения производственного процесса детали инкапсулируются в металлический порошок. Опорная конструкция изготовлена из того же материала, что и детали, что необходимо для предотвращения коробления и деформации при высокой температуре обработки.
Затем сборочная платформа остынет до комнатной температуры, остатки металла будут удалены вручную. Печатные детали одной сборочной платформы потребуют термической обработки для снятия остаточных напряжений. Наконец, для отделения конечных компонентов используются методы резки или механической обработки.
Характеристики ДМЛС
Параметры принтера DMLS
В DMLS почти все параметры процесса задаются производителем машины. Высота слоя в ДМЛС варьируется от 20 до 50 микрон, что зависит от свойств металлического порошка, таких как сыпучесть, гранулометрический состав, форма.
Типовой размер системы DMLS составляет 250×150×150 мм. точность размеров составляет примерно ±0,1 мм. DMLS широко используется при мелкосерийном производстве, поскольку детали всегда прикреплены к сборочным платформам и ограничены областью печати в направлениях X и Y.
Металлический порошок в DMLS легко перерабатывается, в отходы уходит лишь менее 5%. После процесса печати неспеченный порошок будет собран, просеян и затем заполнен свежими материалами для следующей печати. Единственная трата – это опорная структура, что имеет решающее значение для успешного завершения финальных частей. Это значительно увеличит количество материалов и их стоимость.
Адгезия слоев
Детали DMLS имеют почти изотропные механические и термические свойства, внутренняя пористость на твердой поверхности очень мала, пористость составляет от 0,2 до 0,5% в спеченном состоянии. После термической обработки это значение снизится практически до нуля. Детали DMLS имеют превосходные механические свойства и более высокую твердость, но они более склонны к усталости. Благодаря тому, что металлический порошок имеет гранулированную форму, шероховатость поверхности деталей DMLS составляет примерно от 6 до 10 микрон. Это также определяет меньшую усталостную прочность готовых деталей.
Опорная конструкция и ориентация детали
Структура поддержки требуется в процессе DMLS из-за высокой температуры обработки.
Функции структуры поддержки DMLS:
- Обеспечьте подходящую платформу для следующего слоя.
- Закрепите детали на сборной пластине, чтобы предотвратить деформацию.
- Отводите тепло от печатных деталей, таких как радиаторы, контролируйте скорость охлаждения на подходящей скорости.
Детали DMLS должны быть ориентированы под углом, чтобы минимизировать вероятность деформации и максимизировать прочность в критических направлениях. Нет сомнений в том, что это увеличит время печати, потери материала и общую стоимость. Деформацию также можно свести к минимуму с помощью рандомизированных шаблонов сканирования, это предотвратит остаточное напряжение в любых определенных направлениях, а также добавит характерную текстуру поверхности.
Из-за высокой стоимости DMLS для прогнозирования поведения печати используются симуляции. Алгоритмы оптимизации топологии можно использовать для максимизации механических характеристик и создания легких деталей, минимизации необходимости в опорной конструкции и вероятности деформации.
Полые секции и легкая конструкция
DMLS не может использовать большие полые профили из-за сложности удаления несущей конструкции. Для внутренних каналов диаметром более 8 мм мы рекомендуем вместо круглых применять ромбовидные или каплевидные сечения, поскольку эти характеристики не требуют каких-либо опорных конструкций.
Проектирование обшивки и сердцевины в DMLS является альтернативой полым профилям. Эту конструкцию можно обрабатывать лазерным порошком с различной скоростью и скоростью сканирования, чтобы создать различные свойства материала. Этот процесс очень полезен при производстве крупных цельных профилей, он сокращает время печати и вероятность коробления, а также позволяет производить детали с высокой стабильностью и отличным качеством поверхности.
Решетчатая структура является распространенной стратегией в DMLS для уменьшения веса деталей. Алгоритмы оптимизации топологии могут помочь в разработке органической легкой формы.
Общие материалы DMLS
DMLS может производить различные детали из широкого спектра металлических сплавов, включая алюминий, нержавеющую сталь, титан, кобальт-хром. Эти материалы удовлетворят большинству требований промышленного применения. Стоимость металлического порошка очень высока, поэтому нам необходимо минимизировать объем деталей и опорную конструкцию.
Ключевым преимуществом DMLS является его совместимость с высокопрочными металлическими сплавами, такими как суперсплавы никеля или кобальта-хрома. Эти сплавы трудно производить традиционными методами. Технология DMLS позволит значительно сэкономить затраты и время, а также может быть подвергнута последующей обработке для достижения высокого качества поверхности.
| Материал | Характеристики | |
| Преимущества | Недостатки | |
| Алюминиевые сплавы | Хорошие механические и термические свойстваНизкая плотностьХорошая электропроводность | Низкая твердость |
| Нержавеющая сталь | Высокая износостойкость. Отличная твердость. Хорошая пластичность и свариваемость. | |
| Титановые сплавы | Устойчивость к коррозииОтличное соотношение прочности и весаБиосовместимость | |
| Кобальт-хромовые суперсплавы | Отличная износостойкость и устойчивость к коррозииОтличные свойстваВысокая твердостьБиосовместимость | |
| Никелевые суперсплавы | Отличные механические свойства. Высокая коррозионная стойкость. Температурная стойкость при 1200 ℃. | |
| Драгоценные металлы | Применение ювелирных изделий | Не широко доступен |
Постобработка
Для улучшения свойств, точности и внешнего вида деталей DMLS применяются различные технологии постобработки. Обязательные этапы постобработки включают удаление рыхлого порошка, удаление опорной конструкции, а термообработка, такая как термический отжиг, используется для снятия остаточных напряжений и улучшения механических свойств. обработка с ЧПУ может применяться для таких важных элементов, как отверстия или резьба. Пескоструйная обработка, металлическое покрытие, полировка и микрообработка улучшают качество поверхности деталей и усталостную прочность.
Преимущества ДМЛС & Ограничения
Преимущества ДМЛС:
- DMLS может производить нестандартные детали сложной геометрии, которые не могут быть изготовлены традиционными методами производства.
- Детали DMLS могут быть топологически оптимизированы для максимизации производительности и минимизации общего веса.
- Детали DMLS обладают отличными физическими свойствами, в состав доступных материалов входит суперсплавный металл, трудно поддающийся обработке.
Ограничения DMLS:
- Стоимость материала и производства DMLS очень высока, поэтому он не подходит для простого производства традиционными методами.
- Размер сборки DMLS ограничен, поскольку точные условия производства и контроль процесса.
- Требуется корректировка конструкции для соответствия процессу DMLS.