Внедрение выборочной лазерной плавки (SLM) в современное производство от 3dprofy

Turch Сентябрь 30th, 2014

SLM или выборочная лазерная плавка – это технология послойного синтеза объемных предметов на основе сверх мощных лазеров.

В основном это иттербиевые волоконные лазеры, отличающиеся компактностью, непритязательностью в обслуживании, диодной комплектацией. Они образуют излучение диапазоном 1000-1100 нм посредством оптического волокна с сердцевиной, в десять раз превышающей длину волны света, транслирующегося по нему. Это одномодовое волокно в металлическом хомуте транслируется прямо в зону необходимого действия. Край нити может комплектоваться коллимирующей линзой. В итоге нить плавит порошковый металл, одновременно формируя трехмерные объекты.

Технологию принято называть «лазерным спеканием». Однако это выражение не совсем правильно отображает действительные процессы, происходящие под действием оптоволокна. Металл под лазерным лучом не спекается, а целиком расплавляется, превращаясь в гомогенное сырье. По-другому происходящее явление именуют прямым лазерным спеканием металлов, если действительно в основе процесса – металл. Близкая по своей сути технология используется при электронно-лучевой плавке, но взамен лазера в этом процессе используют электронный излучатель.
Изучением и внедрением этой технологии с конца прошлого века занимались Вильгельм Майнерс и Конрад Виссенбах (Ахен), а также Дитер Шварц и Маттиас Фокел (Падерборн). Хотя и раньше лазерную плавку изучали ученые всего мира, в том числе советские. Их наработки можно наблюдать в видео на

Суть процесса лазерной плавки

Разработки ученых и практическое воплощение теоретических данных позволяет создавать вполне качественные объекты. И это может быть не просто дверная ручка, а полноценная деталь того же атомного реактора. Изначально запланированный предмет пропускается через компьютерную программу, которая словно разрезает цифровую трехмерную модель на отдельные пласты, высотой не более 100 микрон. Файл сохраняется в формат STL. Впоследствии его используют как чертеж для формирования объемной модели.
Вначале на металлическую плоскость следует насыпать тонким пластом порошок. Рабочая поверхность должна быть мобильной – как минимум, по вертикали. Сама печать происходит в закрытой камере с инертным газом. Чаще всего используется аргон. Без кислорода не происходит окисление рабочего материала, поэтому становится возможной печать титановых деталей. Все слои заготовки сплавляются между собой. В результате полностью воссоздаются очертания цифрового проекта. Процесс плавки основан на лазерных лучах, которые транслируются по координатным осям парой зеркал с установленным отклонением. Сам излучатель обладает достаточной силой для соединения порошковых металлов в полноценный монолитный прочный материал.
Процесс выборочной лазерной плавки SLM детально отображен на http://www.popular3dprinters.com/selective-laser-melting-slm/

Применяемые материалы

На устройствах SLM конструктивно предписано наличие специальной квадратной камеры со средней емкостью в 0,015м 3. Четкие требования относительно размеров этого резервуара не предусмотрены. Самые популярные материалы — металлы в порошковой фракции, в том числе сталь нержавейка, сплав кобальта и хрома, алюминий, титан, серебро и многие другие.
До состояния порошка металл доводится на барабанно-шаровой мельнице. Допускается также применение металлических гранул. Их сердцевина плавится при максимально высоких температурах, а оболочка – более низких.
Если соизмерять SLM с другими аналогичными сварками, то эта технология менее притязательна в отношении применяемых материалов. Помимо перечисленных ранее металлов, такая лазерная плавка работает также с полимерами, композитными смесями и песком. Такая универсальность позволяет изготовлять с помощью данной лазерной установки самые надежные детали для космической сферы, авиастроения, вооружения, медицины, информационных и компьютерных технологий. А высокая пластичность конфигураций делает плавку незаменимой в создании предметов современного искусства, в частности – фантазийных инсталляций.
Продукция лазерного принтера SLM в широком ассортименте представлена на http://www.3ders.org/articles/20121206-slm-500-hl-3d-print-highly-accurate-metal-parts-using-multiple-lasers.html

Преимущества и недостатки технологии

С использованием технологии SLM становится возможным создание каркасных полых моделей из металла самой сложной конструкции. Преимущества SLM:

технология позволяет создавать детали самой замысловатой формы, часто со стенками минимальной толщины и с множеством полостей;
в рамках одной модели допускается комбинирование пористых и монолитных сплавов. Эта возможность удобна при изготовлении имплантатов. Поэтому ее активно применяют в ортопедии. Например, по технологии SLM выплавляются ацетабулярные чашки с рыхлой поверхностью, которая необходима для срастания с костью;
лазерную сварку используют в самолетостроении и в космической сфере, ведь на ее основе производятся высокопрочные цельные детали, которые невозможно сделать обычным способом, вырезанием или фрезерованием, так как этому противоречит их конструктивная сложность;
уровень качества полученных в результате лазерной плавки объектов чрезвычайно высок. Поэтому последующая доработка изделий не нужна.

Еще один положительный момент в таком производстве — это огромный экономический эффект: в энергопотреблении, в необходимых рабочих площадях, в количестве задействованных работников, а также в материалах. Ведь SLM по своей специфике — абсолютно безотходный процесс.
Однако американские исследователи космической сферы отмечают, что элементы моторов для ракет, выплавленные из никеля по технологии SLM, немного слабее в плане плотности деталей, которые произведены цельным литьем с классической сваркой частей. В то же время за счет бесшовной сварки в местах, где обычно предусматриваются стыки, многократно возрастает прочность деталей.
Хорошо, что новая технология с такими высокими характеристиками и прогрессивными возможностями может стать основой производства не завтрашнего, а уже сегодняшнего дня.