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
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/
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
С использованием технологии SLM становится возможным создание каркасных полых моделей из металла самой сложной конструкции. Преимущества SLM:
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.
Конструкторы НАССА применяют лазерную плавку при изготовлении дталей разной степени сложности.
Схема действия устройства выборочной лазерной плавки
Лазерный принтер SLM.
Протез, изготовленный по технологии SLM.
Деталь, изготовленная с возрастанием скорости селективной лазерной плавки с коэффициентом 10.