Vairāku metālisko materiālu 3D drukāšana, izmantojot modificētu selektīvu lāzera kausēšanu: Revolūcija ražošanā

Kas ir selektīvā lāzera kausēšana (SLM) un kā tā darbojas?

Selektīvā lāzera kausēšana (SLM) ir pulvera slāņa kausēšanas piedevu ražošanas process. Tas ir kā būvēt neticami smalkas, augsto tehnoloģiju smilšu pilis! Iedomājieties plānu metāla pulvera slāni, kas ir smalkāks par pludmales smiltīm un ir vienmērīgi izklāts pa platformu. Spēcīgs, fokusēts lāzera stars, kas darbojas kā precīzs, īpaši karsts "pirksts", izzīmē zīmējumu pāri šim pulvera slānim. Lāzera intensīvā enerģija izkausē metāla pulvera daļiņas, sapludinot tās kopā un izveidojot cietu slāni.

Iedomājieties, ka ar lāzeru uz pulvera tiek zīmēts attēls, taču tā vietā, lai atstātu zīmi, jūs izveidojat viengabalainu metāla gabaliņu ar savu dizainu. Kad viens slānis ir pabeigts, platforma nedaudz nolaižas, virsū tiek uzklāts vēl viens pulvera slānis, un process atkārtojas. Slānis pēc slāņa no pulvera gultnes rodas sarežģīts trīsdimensiju objekts. SLM ir slavena ar to, ka ar tās palīdzību var izgatavot detaļas ar augstu blīvumu, sarežģītām detaļām un lieliskām mehāniskām īpašībām, līdzīgi kā ar tradicionālajām metodēm, piemēram. CNC apstrāde.

Kāpēc 3D drukāšana no vairākiem materiāliem ir svarīga mūsdienu ražošanā?

Tradicionālā ražošana bieži vien ierobežo dizainu, izmantojot tikai vienu materiālu. Bet ko darīt, ja jums ir vajadzīga detaļa, kas ir gan izturīga, gan viegla, vai detaļa, kas vienā vietā vada siltumu, bet citā izolē? Šajā situācijā nāk talkā daudzmateriālu 3D drukāšana, piedāvājot priekšrocības, kas maina spēles gaitu. Piemēram, izstrādājumu, kam nepieciešama gan tērauda izturība, gan alumīnija vieglums, var izgatavot vienā operācijā.

Iespēja apvienot dažādus materiālus vienā komponentā paver inženieriem un dizaineriem plašas iespējas. Iedomājieties, ka tiek radītas detaļas ar iebūvētām funkcijām, piemēram, rīks ar cietu, nodilumizturīgu uzgali un elastīgu, triecienizturīgu rokturi, kas drukāts vienā gabalā. Tādās nozarēs kā aviācija, medicīniskās ierīces un instrumenti jau gūst labumu, radot vieglākus, efektīvākus un efektīvāk strādājošus produktus. Tas ir kā superspēja, kas ļauj pielāgot materiāla īpašības tieši tur, kur tās ir nepieciešamas, tādējādi uzlabojot veiktspēju, samazinot svaru un racionalizējot ražošanas procesus.

Kā modificētā SLM ļauj 3D drukāšanu no vairākiem materiāliem?

Tradicionālā SLM ir kā vienreizējs ponijs, kas vienlaikus spēj apstrādāt tikai viena veida metāla pulveri. Savukārt modificētā SLM ir kā daudz talantīgs mākslinieks, kas spēj strādāt ar dažādām metāla pulveru "krāsām" vienā izdrukā. To panāk, izmantojot dažus atjautīgus inženiertehniskus uzlabojumus.

Viena no galvenajām modifikācijām ir vairāku pulvera piegādes sistēmu pievienošana. Iedomājieties, ka jums ir vairākas dažādas krāsas caurules, nevis tikai viena. Katra sistēma var dozēt noteikta veida metāla pulveri, ļaujot precīzi izvietot dažādus materiālus vienā slānī vai dažādos slāņos. Vēl viens svarīgs aspekts ir mikrovakuuma sistēmas izmantošana. Tas darbojas kā mazs, jaudīgs putekļu sūcējs, kas no noteiktām vietām noņem nevēlamo pulveri, atbrīvojot vietu cita materiāla uzklāšanai. Apvienojot šos paņēmienus ar precīzu lāzera kontroli, modificētā SLM var radīt detaļas ar sarežģītām materiālu kombinācijām, paverot jaunas dizaina un ražošanas iespējas. Piemēram, Virsmas apdare var arī selektīvi piemērot dažādām viena objekta daļām.

Kādus materiālus var izmantot vairāku materiālu SLM procesos?

Viens no aizraujošajiem vairāku materiālu SLM aspektiem ir materiālu daudzveidība, ko var kombinēt. PDF dokumentā aplūkotajos pētījumos galvenā uzmanība pievērsta metāliskiem materiāliem, konkrēti 316L nerūsējošajam tēraudam, In718 niķeļa sakausējumam un Cu10Sn vara sakausējumam.

• 316L nerūsējošais tērauds: Tā ir pazīstama ar savu izcilo izturību pret koroziju un izturību, kas to padara piemērotu plašam pielietojumu klāstam.
• In718 niķeļa sakausējums: Nodrošina augstu stiprību un izturību pret slīdēšanu paaugstinātā temperatūrā, ideāli piemērots kosmiskajai aviācijai un citām sarežģītām vidēm.
• Cu10Sn vara sakausējums: Izceļas ar labu siltumvadītspēju un elektrisko vadītspēju, tāpēc ir vērtīgs siltummaiņiem un elektroniskām detaļām.

Tomēr potenciāls sniedzas tālāk par šiem piemēriem. Pētnieki aktīvi pēta citu metālu, piemēram, titāna sakausējumu, alumīnija sakausējumu un pat keramikas un polimēru izmantošanu. Iespēja kombinēt šos materiālus paver plašas iespējas radīt pielāgotus komponentus ar īpašām īpašībām, kas piemērotas konkrētiem lietojumiem.

Kādi ir daudzmateriālu SLM sistēmas galvenie komponenti?

Daudzmateriālu SLM sistēma ir sarežģīta iekārta, kas apvieno vairākus galvenos komponentus, lai nodrošinātu dažādu materiālu precīzu uzklāšanu un sakausēšanu. Šeit ir daži no būtiskākajiem elementiem:

• Lāzera avots: Parasti tas ir lieljaudas optiskais lāzers, kas nodrošina enerģiju metāla pulveru kausēšanai.
• Galvo skeneris: Spoguļu sistēma, kas ātri un precīzi virza lāzera staru pāri pulvera slānim.
• Vairākas pulverveida piegādes sistēmas: Atsevišķas tvertnes un dozēšanas mehānismi katram materiālam, kas ļauj kontrolēt nogulsnēšanos.
• Mikrovakuuma pulvera noņemšanas sistēma: Precīza vakuuma sistēma, kas selektīvi noņem pulveri no noteiktām zonām, lai atbrīvotu vietu dažādiem materiāliem.
• Inertās gāzes vide: Process notiek kamerā, kas piepildīta ar inertu gāzi, piemēram, argonu vai slāpekli, lai novērstu metāla pulveru oksidēšanos.
• Izveidot platformu: Pārvietojama platforma, kas pēc katra slāņa pabeigšanas pakāpeniski nolaižas, ļaujot veidot 3D objektu.
• Vadības programmatūra: Sarežģīta programmatūra, kas koordinē visus sistēmas komponentus, interpretē konstrukcijas datus un kontrolē lāzera un pulverveida pārklājuma uzklāšanas procesus. Vienai un tai pašai detaļai var būt vairākas funkcijas, piemēram. CNC frēzēšana un 5 asu CNC apstrāde

Kāda ir vairāku materiālu SLM procesa plūsma?

Daudzmateriālu SLM procesa plūsma ietver rūpīgi organizētu soļu secību, lai izveidotu komponentu slānis pēc slāņa. Šeit ir vienkāršots sadalījums:

1. Pulvera izkliedēšana: Galvenais būvmateriāls, piemēram, 316L nerūsējošais tērauds, tiek vienmērīgi izkliedēts pa celtniecības platformu, izmantojot rullīti vai pārklājamo asmeni.
2. Lāzera kausēšana: Lāzera staru kūlis selektīvi izkausē pulveri vajadzīgajās vietās, veidojot komponenta pirmo slāni.
3. Selektīvā pulvera noņemšana: Mikrovakuuma sistēma noņem neizkausēto pulveri no konkrētiem reģioniem, kuros tiks nogulsnēts cits materiāls. Šim procesam ir precīzs Precīza apstrāde
4. Sekundāro materiālu nogulsnēšanās: Ultraskaņas pulvera dozators nogulsnē otru materiālu, piemēram, In718 vai Cu10Sn, vakuuma sistēmas iztīrītajās zonās.
5. Sekundārā materiāla kausēšana ar lāzeri: Lāzera staru kūlis izkausē jauniegulto materiālu, sapludinot to ar iepriekš sacietējušajiem slāņiem.
6. Platformas nolaišana: Veidošanas platforma pārvietojas uz leju par attālumu, kas vienāds ar slāņa biezumu, parasti aptuveni 50 mikrometru.
7. Atkārtot: 1.-6. darbība tiek atkārtota, līdz tiek izveidots viss 3D objekts.

Kā tiek raksturotas materiālu saskarnes vairāku materiālu SLM detaļās?

Izpratne par saskarni starp dažādiem materiāliem daudzmateriālu SLM detaļā ir ļoti svarīga, lai nodrošinātu tās strukturālo integritāti un veiktspēju. Šo saskarņu analīzei izmanto vairākas metodes:

• Optiskā mikroskopija: Šī metode nodrošina vizuālu saskarnes pārbaudi, atklājot mikrostruktūru un iespējamos defektus, piemēram, poras vai plaisas.
• Skenēšanas elektronu mikroskopija (SEM): SEM nodrošina lielāku palielinājumu un izšķirtspēju nekā optiskā mikroskopija, ļaujot veikt detalizētāku saskarnes morfoloģijas analīzi.
• Enerģijas dispersīvā spektroskopija (EDS): Šo metodi izmanto kopā ar SEM, lai noteiktu dažādu materiālu elementu sastāvu un sajaukšanās pakāpi saskarnē.
• Cietības testēšana: Lai novērtētu materiālu pārejas zonas mehāniskās īpašības, tiek veikti mikrotietības mērījumi visā saskarnē.

Šīs analīzes sniedz vērtīgu ieskatu dažādu materiālu savienojuma kvalitātē un palīdz optimizēt procesa parametrus, lai sasniegtu vēlamās īpašības.

Kādas ir vairāku materiālu SLM komponentu mehāniskās īpašības?

Daudzmateriālu SLM komponentu mehāniskās īpašības ietekmē tādi faktori kā izmantotie materiāli, saskarnes kvalitāte un apstrādes parametri.

• Cietums: Pētījumi liecina, ka vairāku materiālu detaļu cietība dažādās materiālu zonās ir atšķirīga. Piemēram, 316L/In718 detaļas In718 apgabalā In718 cietība parasti ir augstāka nekā 316L apgabalā. Pārejas zonā starp materiāliem būs vidējas cietības vērtības.
• Saites stiprība: Savienojuma izturība starp dažādiem materiāliem ir izšķiroša komponenta kopējai veiktspējai. Ir vēlama spēcīga metalurģiskā saite, lai novērstu atslāņošanos vai bojājumus saskarnē slodzes ietekmē.
• Porainība: Poru klātbūtne, īpaši ultraskaņas ceļā nogulsnētā pulvera apgabalos, var ietekmēt mehāniskās īpašības. Optimālas izturības un ilgizturības sasniegšanai ir svarīgi samazināt porainību.

Rūpīgi kontrolējot procesa parametrus un optimizējot materiālu kombinācijas, ir iespējams panākt izcilas mehāniskās īpašības daudzmateriālu SLM detaļās.

Kādi ir daudzmateriālu 3D drukas potenciālie lietojumi?

Daudzmateriālu 3D drukāšana paver plašas iespējas pielietojumam dažādās nozarēs. Šeit ir tikai daži piemēri:

• Aviācija un kosmoss: Viegli, augstas stiprības komponenti ar pielāgotām termiskajām īpašībām dzinēja daļām, konstrukcijas elementiem un siltummaiņiem.
• Medicīniskās ierīces: Pielāgoti implanti un protēzes ar bioloģiski saderīgiem materiāliem un īpašām mehāniskām īpašībām dažādām ierīces daļām. Medicīniskās ierīces rūpniecība var gūt labumu no ātrākas ražošanas.
• Instrumenti: Darbarīki ar cietām, nodilumizturīgām griezējkaldnēm un izturīgiem, triecienizturīgiem korpusiem, kas izgatavoti vienā iespiedumā.
• Automobiļu nozare: Detaļas ar integrētiem sensoriem, izpildmehānismiem un vadiem, kā arī komponenti ar optimizētu svara un izturības sadalījumu.
• Patēriņa preces: Izstrādājumi ar unikālām estētiskām un funkcionālām īpašībām, piemēram, daudzkrāsaini vai daudzteksturīgi izstrādājumi.
• Elektronika: Komponenti ar integrētām shēmām, radiatoriem un korpusiem, kuros apvienoti dažādi materiāli optimālai veiktspējai.

Šie ir tikai daži piemēri, un iespējas ir praktiski neierobežotas. Tehnoloģijai turpinot attīstīties, mēs varam sagaidīt vēl inovatīvākus lietojumus.

Kādas ir nākotnes tendences un izaicinājumi daudzmateriālu SLM jomā?

Daudzmateriālu SLM ir strauji augoša joma ar ievērojamu izaugsmes potenciālu. Dažas no galvenajām nākotnes tendencēm ir šādas:

• Materiālu paletes paplašināšana: Pētījumi ir vērsti uz to, lai paplašinātu to materiālu klāstu, kurus var izmantot daudzmateriālu SLM, tostarp metālus, keramiku, polimērus un kompozītmateriālus.
• Uzlabota procesa kontrole: Uzlabojumi procesa uzraudzības un kontroles sistēmās nodrošinās lielāku precizitāti un uzticamību vairāku materiālu uzklāšanā.
• Programmatūras izstrāde: Ir nepieciešami sarežģītāki programmatūras rīki, lai projektētu un simulētu daudzmateriālu detaļas, kā arī optimizētu procesa parametrus.
• Hibrīda ražošana: Kombinējot daudzmateriālu SLM ar citiem ražošanas procesiem, piemēram, CNC apstrādi vai virsmas apdari, var radīt vēl sarežģītākas un funkcionālākas detaļas.

Tomēr joprojām ir dažas problēmas:

• Materiālu saderība: Dažādu materiālu savietojamības nodrošināšana termiskās izplešanās, ķīmiskās reaktivitātes un metalurģiskās savienošanas ziņā.
• Darbs ar pulveri: Efektīvu metožu izstrāde vairāku pulveru apstrādei un otrreizējai pārstrādei bez savstarpējas piesārņošanas.
• Izmaksas: daudzmateriālu SLM sistēmu un materiālu izmaksu samazināšana, lai padarītu šo tehnoloģiju pieejamāku plašākam lietotāju lokam.

Šo problēmu risināšana būs izšķiroša, lai pilnībā atraisītu daudzmateriālu SLM potenciālu un veicinātu tās ieviešanu dažādās nozarēs.

BIEŽĀK UZDOTIE JAUTĀJUMI

1. Kāda ir atšķirība starp SLM un citām 3D drukāšanas tehnoloģijām?
   SLM ir unikāla, jo tā pilnībā kausē metāla pulverus, lai radītu blīvas, augstas stiprības detaļas. Atšķirībā no citām metodēm, piemēram, saistvielu strūklas formēšanas, kas prasa pēcapstrādi, SLM izgatavo pilnībā funkcionālas detaļas tieši no printera.
2. Cik ilgā laikā tiek izdrukāta detaļa, izmantojot daudzmateriālu SLM?
   Drukas laiks ir atkarīgs no tādiem faktoriem kā detaļas izmērs, sarežģītība un izmantotie materiāli. Tas var būt no dažām stundām līdz vairākām dienām. Tomēr daudzmateriālu SLM var būt ātrāka nekā tradicionālās metodes, kas prasa atsevišķus ražošanas un montāžas posmus.
3. Vai daudzmateriālu SLM var izmantot esošo detaļu remontam?
   Jā, daudzmateriālu SLM var izmantot, lai labotu vai papildinātu esošās detaļas. Tas ir īpaši noderīgi dārgu vai grūti nomaināmu detaļu labošanai, pagarinot to kalpošanas laiku un samazinot atkritumu daudzumu.
4. Vai daudzmateriālu SLM ir videi draudzīga?
   Daudzmateriālu SLM var būt videi draudzīgāka par tradicionālajām ražošanas metodēm, jo tā samazina materiālu atkritumu daudzumu un ļauj radīt vieglākas un degvielu taupošākas detaļas. Turklāt iespēja labot detaļas pagarina to kalpošanas laiku, samazinot nepieciešamību pēc jaunas ražošanas.
5. Kāds ir mazākais elementa izmērs, ko var iegūt ar daudzmateriālu SLM?
   Minimālais elementa izmērs ir atkarīgs no konkrētās sistēmas un izmantotajiem materiāliem. Tomēr var iegūt pat 100-150 mikrometru lielus elementus, kas ļauj iegūt sarežģītas detaļas un sarežģītu ģeometriju.
6. Kā izvēlēties pareizos materiālus savam vairāku materiālu SLM projektam?
   Izvēloties pareizos materiālus, jāņem vērā tādi faktori kā mehāniskās īpašības, termiskās īpašības, ķīmiskā saderība un izmaksas. Konsultācijas ar ekspertiem, piemēram, mūsu CNC ražošanas pakalpojumu komandu, var palīdzēt jums izvēlēties optimālus materiālus jūsu konkrētajam pielietojumam.

Secinājums

• Daudzmateriālu SLM ir revolucionāra tehnoloģija, kas ļauj radīt sarežģītas, augstas veiktspējas detaļas ar pielāgotām īpašībām.
• Šī tehnoloģija apvieno pulvera kausēšanu slānī, selektīvu pulvera noņemšanu un precīzu materiāla uzklāšanu, lai veidotu detaļas slānis pa slānim.
• Daudzmateriālu SLM var izmantot plašu materiālu klāstu, tostarp metālus, keramiku un polimērus.
• Daudzmateriālu SLM piedāvā būtiskas priekšrocības dizaina brīvības, veiktspējas optimizācijas un ražošanas efektivitātes ziņā.
• Šī tehnoloģija ir daudzsološi pielietojama kosmosa, medicīnas ierīču, instrumentu, automobiļu, patēriņa preču un elektronikas nozarē.
• Nākotnes tendences ietver materiālu paletes paplašināšanu, procesu kontroles uzlabošanu, modernas programmatūras izstrādi un integrāciju ar citiem ražošanas procesiem.
• Lai veicinātu plašāku izmantošanu, ir jārisina tādi izaicinājumi kā materiālu saderība, pulvera apstrāde un izmaksas.
• Kā vadošā CNC ražošanas pakalpojumu un produktu ražošanas rūpnīca mēs esam apņēmušies paplašināt daudzmateriālu SLM robežas un palīdzēt saviem klientiem izmantot šo pārveidojošo tehnoloģiju.

Izprotot daudzmateriālu SLM principus, iespējas un potenciālu, jūs varat atklāt jaunas inovāciju iespējas un radīt produktus, kas iepriekš nebija iedomājami. Sazinieties ar mums jau šodien, lai apspriestu, kā mēs varam palīdzēt jums īstenot jūsu multimateriālu vīzijas.