Direct Metal Laser Sintering, что переводится как прямое лазерное спекание металла – это один из способов воспроизведения детали по ее компьютерной модели. Сегодня в странах СНГ больше употребляют термин 3D-печать, он более образный и понятный для понимания простого обывателя.

Этот процесс заключается в воздействии на металлический порошок лазером, с целью его спекания и образования на плоскости единой фигуры, заданной геометрии. Таким способом изделие строится этаж за этажом, как дом.

История изобретения прямого лазерного спекание металлов

Вообще, историю появления прямого лазерного спекания металла можно начать с появления идеи этого процесса, тогда он носил название «Метод для производственных статей любой геометрии из порошкообразного материала». Работу именно с таким названием запатентовал француз Пьер Сиро (Pierre Ciraud) в 1971 году. Еще через шесть лет в 1977 году Росс Хоушолдер (Ross Housholder) усовершенствовал этот метод.

В 80-х идея начала стремительно развиваться: Карл Декард, Майкл Фейджин и Франк Арселла вдохнули жизнь в технологию. Уже в 1987 году начинается первое коммерческое использование машины, собранной ранее упомянутым студентом Техасского университета в Остине (The University of Texas at Austin) Декардом и профессором того же заведения Биманом.

 Декард слева, Биман справа.

В том же году ими создается компания Nova Automation. В 1989 году были напечатаны первые детали из металла. Первое время эта компания была одной из трех крупнейших по производству 3D-принтеров. Но в 2001 году она была куплена корпорацией 3D-Systems (США) и на рынке осталось только два гиганта, второй – компания EOS (США), о ней и пойдет речь дальше.

Суть технологии DMLS

Желание компаний выделиться среди других на рынке понятно, от этого зависит их прибыль. Однако это привело к тому, что практически одинаковые способы производства сегодня носят разные названия. Во избежание путаницы, «Американкое общество по испытанию материалов» в 2012 году отнесло все технологии выборочной сплавки (спекания) материалов в одну категорию.

Сегодня практически одинаковыми машинами, в плане способа производства, обладают такие компании:

• Concept Laser (Германия);
• EOS (Германия);
• Phenix Systems (Франция);
• Realizes (Германия);
• Renishaw (Великобритания);
• SLM Solutions (Германия);
• 3D Systems (США).

Поскольку наиболее емко описывающая процесс аббревиатура SLM (выборочная плавка металла) уже занята фирмой SLM Solutions, другие компании стали совершенствовать и патентовать схожие технологии: LaserCUSING, DMSL, SLS, SLM.

Далее будем говорить о технологии DMSL, которая, к слову, в названии имеет слово Sintering (спекание), но металлографические исследования полученного материала говорят, что происходит все-таки процесс плавления (melting). Вот и наглядный пример манипулирования терминами с целью выделиться.

Cуть процесса DMSL в следующем:

В компьютер, подключенный к машине, загружается трехмерная модель в *.stl формате.
В средине 3D-принтера на специальной платформе распыляется и разравнивается начальный слой из металлического порошка, первый «этаж» будущей конструкции, толщина которого может составлять 0,020 мм или 20 мкм.
Далее, лазером, мощностью от 200 до 1000 Вт, производят спекание порошка по координатам, переданных компьютером. Таким образом, получают первый этаж (слой) конструкции.

Наносится второй слой порошка и процесс повторяется.

Очень наглядно процесс показан здесь:

Примечания:

От мощности лазера зависит скорость и качество 3D-печати, которые обратнопропорциональны друг другу. То есть чем выше скорость (мощность лазера) тем ниже качество. Добиться идеального соотношения – это и есть ноухау каждой компании.
Плавление в камере происходит с минимальным участием кислорода, машины EOS используют газы азот и аргон.

В результате процесса получаются различные детали, представленные на фото ниже, обратите внимание на качество поверхности.

Материалы

При 3D-печати металлами оборудование фирмы EOS использует следующие материалы:

• Бронза.
• Нержавеющая сталь, аналогичная европейской 1.4542.
• Мартенситно-стареющая сталь.
• Сверхпрочный сплав кобальт-молибден-хром.
• Титановые сплавы.
• Никелевый сплав (инконель).
• Алюминиевый сплав.

Области применения

С каждым днем сфера применения продуктов 3D-печати растет. Особенно это подходит в современном обществе, где в погоне за телефоном или машиной с оригинальными корпусом, избавляются от «старых». При помощи DMLS-технологии любая компания может быстро и недорого получить новые пресс-формы.

Также изделия из 3D-принтеров используются в:

• Медицине, при изготовлении зубных протезов и имплантатов.
• В аэрокосмической сфере, для производства тестовых полнофункциональных частей двигателей и турбин.
• Для производства изделий малых серий в промышленности.
• В робототехнике и других научно-исследовательских работах эта технология позволяет увеличить в разы скорость производства новых, уникальных деталей, которые там требуются регулярно.

Основные преимущества:

• Изделия могут иметь геометрию любой сложности.
• Меньший вес, чем при производстве литьевым методом, за счет большей точности.
• Высокие параметры прочности.
• Высокая прочность при термическом воздействии.

Основные недостатки:

• В сравнении со схожими технологиями, такие как электронно-лучевая плавка фирмы Acram, имеет меньшую скорость выращивания и прочностные качества готовых изделий.
• Модели 3D-принтеров, использующих технологии выборочного лазерного спекания (сплавления), присутствующие на рынке и их характеристики.

Машина М400, фирмы EOS

В заключение, можно сказать, что DMLS – это прекрасная технология, которая способна изменить наше будущее. Конечно, как и любой из подобных способов 3D-печати, у нее есть свои слабые стороны. Однако EOS постоянно работает над ее совершенствованием и, быть может, совсем скоро мы будем покупать новые металлические предметы быта не в супермаркетах, а в автоматах, которые будут изготавливать их тут же, на месте.

---