Похожа на SLS, их иногда даже путают, но все же есть кардинальные отличия. В то время как в SLS частицы порошка спекаются друг с другом, то здесь металлические частицы доводятся до состояния расплавления и свариваются друг с другом, образуя жесткий каркас.
Метод берет свои корни из Института Лазерных Технологий Фраунгофера, Германия (Fraunhofer-InstitutfürLasertechnik). В 1995 году там родился исследовательский проект, который возглавляли Вильгельм Майнерс и Курт Виссенбах. Позже эти ученые объединили свои усилия с Диетором Шварцем и Маттиасом Фокеле из компании F&S StereolithographietechnikGmbH, после чего метод был официально запатентован. В начале 2000-х годов F&S стала сотрудничать с другой немецкой компанией, MCP HEK Gmbh. В конце концов, упомянутые выше ученые возглавили компании SLM SolutionsGmbh и RealizerGmbh, унаследовавшие все предыдущие наработки.
Построение модели начинается с подготовки уже известного нам stl файла. Программа рассчитывает 2D модель каждого слоя с шагом обычно от 20 до 100 микрон, добавляя при необходимости структуры поддержки. Возведение каждого слоя начинается с равномерного распределения металлического порошка по всей площади подложки, на которой будет “расти” модель. Эту работу выполняет либо валик, либо щетка, похожая на автомобильный стеклоочиститель. Каждому слою соответствует 2D схема. Весь процесс происходит в специальной герметичной камере, наполненной инертным газом, например, аргоном, либо азотом со сверхмалыми примесями кислорода. Система фокусировки направляет высокомощный лазер на металлические частицы, расплавляя и сваривая их между собой. По контурам сечения проходит сплошная сварка, а внутренности стенок объекта могут свариваться в соответствии с паттерном заполнения. Кстати, остатки порошка, оставшегося от изготовления детали, могут повторно использоваться для печати следующей модели.
Применяемые материалы включают в себя нержавеющую сталь, инструментальную сталь, сплавы хрома и кобальта, титан, алюминий. Могут применяться и другие сплавы - главное, чтобы они, будучи измельченными до состояния частиц, имели определенные характеристики сыпучести.
3D моделирование методом SLM прочно вошло в нашу жизнь. Оно в разы сократило время, которое требуется на изготовление детали по сравнению с традиционными способами. Некоторые области авиастроения, нефтедобычи и медицины нуждаются в таких сложных компонентах, которые просто невозможно изготовить по-другому. Особенно это касается объектов с большой площадью поверхности и одновременно малым объемом. Представьте себе радиатор какой-либо системы охлаждения.
Выборочная лазерная плавка незаменима в аэрокосмической отрасли , где идет борьба за каждый грамм - деталь должна выполнять свои функции и быть прочной, но вместе с тем иметь материал только в тех местах, где без него не обойтись.
SLM-технология — послойное лазерное плавление металлических порошков — один из методов аддитивного производства изделий, активно набирающий обороты в последние 10 лет. Сегодня она уже достаточно хорошо известна производственникам. Эта технология обладает бездной преимуществ, но, тем не менее, при эксплуатации оборудования на ее основе не перестает поражать новыми возможностями. Лидером в производстве оборудования для данной технологии является немецкая компания SLM Solutions.
С недавнего времени в Украине ее представляет СП «Стан-Комплект».
Технология селективного лазерного спекания (Selective laser melting — SLM) — это мощное производственное решение для предприятий, которым требуется быстрое и качественное изготовление изделий из разнообразных металлов.
SLM-установки сегодня активно используются в самых разных сферах промышленности для производства мастер-моделей, вставок пресс-форм, прототипов деталей, готовых изделий из нержавеющей и инструментальной стали с присутствием кобальта, хрома и никеля, а также из алюминия, титана и т. д.
Компания SLM Solutions, является основоположником SLM-технологии (патенты с 1998 г.) и одним из мировых лидеров производства оборудования на ее основе.
Штаб-квартира компании и производственные мощности находятся в городе Любек (Германия).
.jpg)
SLM-технология
SLM-технология — передовой
способ производства металлических изделий посредством послойного лазерного
плавления металлического порошка на основе данных трехмерного компьютерного
проектирования. Таким образом, существенно сокращается время производства
изделия, поскольку исчезает потребность во многих промежуточных операциях. Процесс
представляет собой поочередное расплавление тончайших слоев металлического
порошка при помощи современных волоконных лазеров, наращивая, таким образом,
деталь слой за слоем. С помощью этой технологии создают точные и гомогенные металлические
изделия. Благодаря использованию широчайшего перечня качественных порошковых
металлов и сплавов технология SLM предлагает беспрецедентные возможности для
производства металлических деталей промышленного назначения со значительными
преимуществами: сложность формы, минимальная толщина стенок, комбинирование материалов
различной плотности, отсутствие последующей обработки, безотходность, экономичность
и т. д. Программное обеспечение, поставляемое в комплекте с установками, имеет
открытую архитектуру, что также расширяет возможности данного оборудования.
Принцип работы SLM-установок:
- для предварительной обработки данных в CAD-системе получают поперечные сечения 3D-модели с минимальным шагом;
- порошок подается из автоматического устройства на подогреваемую рабочую платформу, затем распределяется на плоскости тончайшим слоем в двух направлениях;
- современные стекловолоконные лазеры расплавляют сегмент каждого слоя в соответствии с конфигурацией поперечного сечения детали в заданных координатах (2D-файла).
При этом каждый последующий слой наплавляется на предыдущий, что обеспечивает однородность структуры изделия.
Эта процедура повторяется до тех пор, пока получаемое изделие не будет точно соответствовать CAD-модели. Нерасплавленный металлический порошок удаляется в специальную камеру, после чего вновь используется.
Преимущества SLM-установок
В линейке оборудования для лазерного спекания компании SLM Solutions используется ряд уникальных, защищенных множеством патентов узлов и технологий:
МУЛЬТИЛАЗЕР — одновременное использование двух и более (до 4-х) лазеров.
Позволяет добиться повышения производительности на 400 % по сравнению с машинами, оснащенными одним лазером;
УНИКАЛЬНАЯ ДВУЛУЧЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ (Hull-Core ). Использование двух разных лазеров (400 и 1000 Вт) позволяет выполнять спекание еще быстрее и качественнее. Там, где требуется максимальная точность, установка использует более тонкий луч лазера, а для увеличения скорости на простых участках — его мощность и диаметр увеличиваются;
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОРОШКА СРАЗУ В ДВУХ НАПРАВЛЕНИЯХ. Инновационное решение SLM Solutions позволяет сократить время печати изделия в два раза;
БОЛЬШИЕ РАЗМЕРЫ КАМЕРЫ большие размеры камеры. Установки лазерного спекания предназначены для изготовления деталей размером до 500 × 280 × 365 мм (данные на июль 2016 г.). За одну сессию можно вырастить одно большое изделие или несколько мелких;
ВЫСОКАЯ СКОРОСТЬ И ТОЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ: оборудование SLM Solutions способно производить до 105 см 3 готовых металлических изделий в час. Это в 1,5- 2 раза больше, чем установки этого класса других производителей. При этом минимальная толщина стенки составляет всего 180 микрон. Наряду с этим, системы слежения за процессом построения и контроля качества обеспечивают высокую степень управляемости всем производственным циклом;
ШИРОКИЙ ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ: нержавеющая, инструментальная сталь, сплавы на основе никеля, алюминий, титан. Самые надежные, проверенные и универсальные материалы. Благодаря открытой архитектуре программного обеспечения можно использовать металлический порошок любого производителя, без дополнительных затрат на перенастройку;
СПЕЦИАЛЬНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ. Установки для лазерного плавления SLM Solutions поставляются в комплекте со специальным программным обеспечением — SLM AutoFabMC. Оно не только упрощает процесс 3D-печати, но и позволяет максимально оптимизировать производственные процессы, сократить время построения и экономить расходные материалы. Программное обеспечение позволяет работать с наиболее широко распространенными в производственной среде форматами данных.
Основные потребители
Аэрокосмическая промышленность
Продолжаем рассматривать существующие технологии 3d печати и их особенности. На очереди следующие методы 3d печати:
Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)
Вместо DMLS (Direct Metal Laser Sintering) можно также встретить название SLM (Selective Laser Melting). Второму названию эта технология обязана немецкой компании EOS. Компания является одним из лидеров в послойном конструировании прототипов. Мы недавно писали о их последней разработки — микролазерном спекании ().
Основными потребителями технологии являются сферы медицины, микроэлектронной промышленности и частично .
При производстве по DMLS технологии изделия имеют впечатляющую толщину слоя в 1 — 5 нм при максимальных размерах изделия детали 60 мм в диаметре и 30 мм по высоты.
Процесс изготовления изделия основан на затекании расплава-связки в пустоты между частицами порошка под действием капиллярных сил. Чтобы улучшить процесс затекания, в порошковую смесь добавляют соединения с фосфором, благодаря чему снижается поверхностное натяжение, вязкость и степень окисления расплава. Частицы порошка для связки обычно меньшего размера, чем частицы порошока основы. Это способствует увеличению насыпной плотности порошковой смеси и ускорению процесса образования расплава.
На сегодняшний существуют следующие материалы для 3d печати по технологии DMLS:
- DirectMetal 20 (Металлический порошок на основе бронзы)
- EOS StainlessSteel GP1 (Нержавеющая сталь, аналог европейской 1.4542)
- EOS MaragingSteel MS1 (Мартенситно-стареющая сталь)
- EOS CobaltChrome MP1 (Сверхпрочный сплав кобальт-хром-молибден)
- EOS CobaltChrome SP2 (Кобальт-хром-молибденный сверхпрочный сплав для стоматологии)
- EOS Titanium Ti64 / Ti64ELI (Титановые сплавы)
- EOS NickelAlloy IN625 (Никелевый сплав)
- EOS NickelAlloy IN718 (Никелевый сплав)
- EOS Aluminium AlSi10Mg (Алюминиевый сплав)
Электронно-лучевая плавка (EBM)
Метод электронно-лучевой плавки зародился в стенах аэрокосмической отрасли. После чего уже начал завоевывать и гражданскую сферу. Исходным материалом при производстве используется металлический порошок. Обычно это титановые сплавы.
Изготовление изделия осуществляется следующим образом: необходимое количество порошка засыпается в вакуумную камеру, затем управляемый поток электронов слой за слоем “обходит” контур модели и расплавляет порошок в этих местах. Таким образом получается прочная структура. Благодаря наличию вакуума и общей высокой температуры финальное изделие получает прочность, аналогичную кованным сплавам.
По сравнению с технологией DMLS и SLS, электронно-лучевая плавка не требует последующей термообработки для получения высокой прочности. Также этот метод бычтрее и точнее из-за высокой энергетической плотности электронного луча.
Лидером в данной области является шведская компания Arcam.
Выборочная лазерная плавка (SLM)
Технология SLM похожа на SLS, их даже путают, т.к. и там и там используется металлический порошок и лазер. Но эти технологии имеют кардинальные различия. В методе SLS частицы порошка спекаются друг с другом, в то время как при использовании SLM металлические частицы порошка доводятся до расплавления и затем свариваются друг с другом, образуя жесткий каркас.
Процесс изготовления моделей схож с SLS технологией. Тут также слой металлического порошка наносится на рабочую зону и равномерно раскатывается по ней. Эту работу выполняет валик или щетка. Каждой высоте слоя соответствует заданная форма изделия. Весь процесс протекает в герметичной камере с инертным газом. Высоко мощный лазер фокусируется на металлических частицах расплавляя и сваривая их между собой. Изделие получается аналогично FDM технологии, внешняя и внутренняя стенка представляют собой сплошную, сваренную стенку, а пространство между стенками заполняется согласно шаблону.
В технологии SLM используются различные металлы и сплавы. Основное требование — при измельчении до состояния частиц они должны иметь определенные характеристики сыпучести. Например, используются такие материалы, как нержавеющая сталь, инструментальная сталь, сплавы хрома и кобальта, титан, алюминий.
Метод применяется там, где необходимо иметь деталь с минимальным весом, и при этом сохраняющая свои характеристики.
Технология является запатентованной компанией Stratasys. По сравнению с другими технологиями 3d печати, PolyJet единственная, которая позволяет изготавливать модель из различных материалов. Это достигается использованием уникальной технологии подачи нескольких материалов за один проход печати. Благодаря этому можно выборочно размещать различные материалы в рамках одного изделия или же совмещать два материала, получая таким образом композитные цифровые материалы с характерными предсказуемыми свойствами.
Процесс печати по технологии PolyJet похож на обычную струйную печать. Вместо подачи чернил на бумагу 3d принтеры выпускают струи жидкого фотополимера, который образует слои в рабочей зоне и фиксируется ультрафиолетовым излучением. Затвердевшие изделия можно сразу брать и использовать, т.к. не требуется дополнительного последующего затвердевания, как например в технологии SLA.
Т.к. печать осуществляется послойно, то для нависающих частей требуется поддерживающий материал. Для этого используется гелеобразный вспомогательный материал, который легко удаляется при помощи воды или же вручную.
Технология позволяет создавать изделия высокой точности. А благодаря сочетанию различных материалов прототип по характеристикам получается максимально приближен к конечному изделию.
Технологии 3d печати рассмотренные в двух частях статьи являются не единственными, но наиболее распространенными технологиями. В следующей статье мы рассмотрим материалы, применяемые в этих технологиях, их отличия и особенности.
Мы продолжаем знакомить вас с различными технологиями трехмерной печати. Следующая на очереди - SLM.
SLM, или Selective laser melting - это уникальный аддитивный метод, который заключается в создании различных изделий с помощью лазерного плавления металлического порошка по заданным CAD-моделям. В процессе работы используются только лазеры высокой мощности.
SLM-машины способствуют решению сложных задач на промышленных предприятиях, специализирующихся на производстве машин в авиакосмической, энергетической, машиностроительной и приборостроительной сферах.
Помимо этого, подобные установки используются в институтах, конструкторских бюро, а также в процессе научно-исследовательских и экспериментальных работ.
Технология
Процесс 3D-принтинга начинается следующим образом: трехмерная цифровая модель разделяется на слои, чтобы для каждого можно было создать двухмерное изображение. Толщина слоя варьируется от 20 до 100 мкм.
Файл, в котором указаны все параметры, отправляют в специальное машинное ПО, которое анализирует данные с техвозможностями аппарата. В результате начинается запуск построения изделия.
Цикл создания каждого слоя состоит из трех этапов:
- нанесение слоя из порошка на рабочую плиту;
- сканирование лазером сечения слоя;
- опускание плиты на глубину колодца, которая соответствует толщине слоя.
Построение любого предмета происходит в рабочей камере SLM-принтера. Она полностью заполнена инертным газом: аргоном или азотом. Выбор газа зависит от материала, из которого изготовлен порошок.
По завершении построения изделие достают с рабочей плитой из машины, отделяют его механическим способом и проводят постобработку.
Преимущества селективного лазерного плавления
Этот метод настолько универсален, что сильных сторон в нем больше, чем может показаться сначала:
- создание предметов сложных геометрических форм с внутренними полостями и каналами конформного охлаждения;
- производство изделий без дорогой оснастки;
- на выходе изделия получаются легкими;
- экономия расходников при печати;
- возможность повторного использования порошка после этапа просеивания.
Применение
Метод селективного лазерного плавления может использоваться в процессе производства изделий для работы в составе различных узлов и агрегатов, построения сложных геометрический конструкций и формообразующих элементов пресс-форм для литья термопластов, индивидуальных протезов и имплантатов для стоматологии, а также производства штампов.
Расходный материал
Наиболее часто в качестве расходников используются порошки из таких металлов и сплавов, как нержавейка, инструментальная сталь, сплавы из кобальта, хрома и титана, алюминий, золото, серебро, платина.
Подписывайтесь на новости 3D Print Expo 2017 в
Аддитивная установка SLM 280 2.0 с периферийной станцией PSV – главная новинка SLM Solutions 2017 года
– Что нового предлагает SLM Solutions пользователям 3D-печати?
– В 2017 году компания проделала большую работу. Нововведения коснулись главным образом дизайна аддитивных установок, но также были обновлены программное обеспечение, пользовательские решения и системы контроля качества процесса.
Главное достижение – это система SLM 280 2.0 в новом корпусе и с новым дизайном интерфейса управляющей программы. Машина оснащена «вечным» фильтром – принципиально новым механизмом фильтрации частиц – и оптимизированной системой мониторинга мощности лазера и зоны расплава. Это решение реализовано специально для мультилазерных систем.
Установка SLM 280 2.0, фильтр и пользовательский интерфейс будут доступны для заказа ориентировочно в третьем квартале 2018 года.
: как происходит селективное лазерное плавление
– Расскажите, пожалуйста, о программном обеспечении от SLM Solutions. Как оно называется?
– SLM Additive Designer. Да, новинка очень интересная, стоит рассказать о ней поподробнее. Это собственная разработка компании SLM Solutions для работы с 3D-файлами и подготовки их к печати, которая является альтернативой популярному ПО и другим имеющимся на рынке решениям. «Изюминка» нашего продукта в том, что оно совместимо не только с STL-файлами, но и с файлами формата CAD (STEP, IGES), которые могут содержать и другую информацию помимо 3D-графики.
Уже прорабатываются варианты сотрудничества с производителями программного обеспечения CAD для внедрения SLM Additive Designer в их интерфейс с целью обеспечить сквозное проектирование детали. Этот процесс охватывает этапы от проектирования и до получения изделия на 3D-принтере с помощью этого программного решения – назовем его постпроцессор (или предпостпроцессор) подготовки детали к печати.
– Раньше компания не выпускала своего ПО?
– Так называемый Build Processor, который разрабатывался совместно с Materialise и был имплементирован в Magics , не являлся отдельным программным обеспечением. А сейчас у SLM Solutions есть законченный программный продукт, который может работать с CAD-, STL-файлами и обеспечивает полный цикл от расположения детали на платформе, генерации поддержек и заканчивая созданием файла, который передается на 3D-принтер.
Вообще, у компании большие планы по развитию ПО. Будут разрабатываться новые программные продукты с включением в них технологий облачных серверов и big data для большой производственной цепочки 3D-принтеров . То есть мы говорим о решениях не для одной машины, а для Фабрики будущего – концепции, с которой сейчас работают все ведущие производители аддитивных установок.
– Решением для Фабрики будущего стала автоматизированная производственная система SLM 800, еще одна громкая новинка прошлого года.
– была представлена на выставке во Франкфурте-на-Майне. Компания официально заявила о продаже двадцати машин в Китай. На данный момент существует только одна собранная установка. Это, скажем так, работающий опытно-выставочный экземпляр, в конструкции и функционале которого, вполне возможно, что-то изменится. Во всяком случае, это большая заявка, потому что возможность обеспечить автоматизированный процесс при высоте построения 800 мм говорит о высокой стабильности работы системы.
– Коснулись ли изменения периферийного оборудования 3D-принтеров?
– Да, уже сейчас доступна новая система PSV (Powder Sieving Vacuum) – периферийная станция, которая предназначена для выполнения следующих функций:
- непрерывное просеивание (возврат порошка обратно в установку для непрерывной циркуляции во время работы);
- хранение порошка во время работы машины в баке емкостью 90 литров, который находится не в установке, а именно в системе PSV.
Станция PSV также оснащена (если мы говорим об установке SLM 280) рукавом для работы в камере построения в инертной среде для того, чтобы убирать излишки порошка во время очистки детали. Станция обеспечивает высокую производительность очистки и переработки материала, компактна и универсальна: ее можно подключить и к 280-й, и к 500-й машине. Работает PSV на основе разности давлений и вакуумирования системы и движения порошка с помощью вакуумного транспорта.
Как и предыдущая система PSH , которая служила примерно для тех же нужд, PSV наиболее эффективна, когда мы работаем с одним порошком на одной машине. При частой смене материалов лучше использовать ручную станцию просеивания PSM , которая уже почти десять лет является стабильным периферийным оборудованием, простым и удобным в использовании.
– Что такое «вечный» фильтр и как он позволит повысить безопасность на производстве?
– С его помощью фильтрация будет происходить на других принципах. Это так называемая сухая фильтрация: частицы материала (титанового или алюминиевого сплава) задерживаются частицами ингибитора в фильтре и мгновенно деактивируются. Удаляя смесь ингибитора и частиц в сухом состоянии, мы уменьшаем риск негативных воздействий с точки зрения выделения горючих газов, улучшаем чистоту процесса, повышаем пожаро- и взрывобезопасность. В установках SLM замкнутый цикл работы с порошком.
Главный вопрос не в том, купить аддитивную установку или нет, а в том, как ее интегрировать в производственную цепочку.
– Каковы ближайшие планы SLM Solutions?
– На международной выставке «Металлообработка-2018» , которая пройдет в Москве с 14 по 18 мая, у компании будет большой стенд. Планируется приезд специалистов сервисного отдела из Германии, рассматривается вариант доставки машины SLM 280. Летом или осенью у SLM Solutions откроется новая крупная площадка, которая обеспечит выполнение возросшего количества заказов на изготовление машин . Разместится она в Любеке, там же, где находится штаб-квартира и основное производство компании.
– Как для Вашей компании складывается ситуация на российском рынке?
– Интерес к продукции SLM Solutions есть, и большой, но пока в основном на уровне запросов, попыток проработки экономики владения машиной, заявок на тестовую печать. Скорее всего, это общая экономическая ситуация, потому что у многих наших европейских коллег, работающих в сфере производства металлических 3D-принтеров , схожие проблемы в России.
Оборудование дорогостоящее, а как им владеть, как с его помощью получать экономическую выгоду – в России мало кто представляет. Обосновать необходимость покупки достаточно сложно. Плюс, у нас очень не хватает специалистов с объемом знаний, необходимым для правильного обеспечения и самого процесса, и отработки технологических параметров.
Специалист, работающий на аддитивной машине, в идеале должен быть одновременно и конструктором и, в большей степени, технологом – тем, кто разбирается в физике происходящих процессов и влиянии тех или иных параметров на качество получаемой детали. А таких параметров очень много – 160 как минимум.
К сожалению, у российских специалистов – от руководителей предприятий до рядовых инженеров – в массе нет понимания сложности аддитивного процесса. Многие считают, что 3D-принтер – это некая чудо-машина: загрузил порошок, загрузил модель, нажал кнопку и тут же получил качественную деталь.
Команда SLM Solutions на международной выставке Formnext 2017
– Как убедить людей, что аддитивные технологии несут значительную выгоду?
– Нужна просветительская работа. Специалистам необходимо знакомиться с бòльшим объемом литературы, научных исследований, монографий – не только фундаментальных, но и инженерных, в том числе англо- и немецкоязычных. отраслей и предприятий полезно ездить на международные конференции по аддитивному производству.
Моя основная мысль, которую я пытаюсь всем донести, заключается в том, что аддитивные технологии (селективное лазерное плавление в частности) – не панацея, не универсальное решение для производства любых деталей. Это отдельный новый метод, который активно применяется на рынке чуть более десяти лет. А ведь даже по такой старейшей технологии, как , до сих пор пишутся монографии.
3D-технологии – системы с огромным количеством параметров, объединяющие множество дисциплин – металлургию, лазеры, механику, программирование и т.д. Это своеобразный «серый ящик» – их еще изучать и изучать. Но если этого не делать, то можно очень сильно отстать.
– Тем не менее, в России в плане разработки и внедрения 3D-технологий происходит какое-то движение.
– Идеи и есть, мы их видим на выставках. По моему опыту, уровень понимания за последние четыре-пять лет у людей сильно вырос. Однако отсутствует кураторство на государственном уровне, нет вектора, который бы все это объединял.
Например, в Европе, в Азии есть ассоциации производителей (такие, как AMUG, GARPA), которые регулярно проводят встречи пользователей со всего мира. SLM Solutions вместе с конкурентами участвует в таких мероприятиях. Или такой пример: наша компания, как и многие другие производители, сотрудничает с институтом Фраунгофера, разрабатывающим лазерные технологии. Для работы с SLM подписано около шестидесяти ученых. Это хороший пример межпроизводственной кооперации, которой так не хватает в России из-за внутренних экономических моментов.
По моему мнению, нашим руководителям нужно больше ездить, принимать участие в таких проектах, чтобы понимать, какие вопросы ставятся и как определять четкие задачи для проектирования производства. Ведь главный вопрос не в том, купить установку или нет, а в том, как ее интегрировать в производственную цепочку, создать эффективно работающий цех с аддитивными установками и с их помощью получать необходимый продукт.
