Selective Laser Melting (SLM) เป็นเทคนิคการผลิตสารเติมแต่งที่ใช้เลเซอร์เพื่อคัดเลือกผงโลหะละลายและฟิวส์ลงในวัตถุ 3 มิติ คู่มือนี้ให้ภาพรวมเชิงลึกของ การพิมพ์ SLMวัสดุพารามิเตอร์กระบวนการแอปพลิเคชันผลประโยชน์และอื่น ๆ
SLM คืออะไร?
SLM เป็นกระบวนการฟิวชั่นแบบผงที่ใช้เลเซอร์ที่ใช้พลังงานสูงเพื่อละลายและทำให้เป็นก้อนแป้งเมทัลลิกชั้นดีแบบเลเยอร์เพื่อสร้างชิ้นส่วน 3 มิติที่หนาแน่นอย่างเต็มที่โดยตรงจากข้อมูล CAD
| กระบวนการ | คำอธิบาย |
|---|---|
| เลเซอร์ละลาย | การสแกนเลเซอร์และผงละลายในรูปของแต่ละชั้น |
| ผงแพร่กระจาย | ชั้นผงสดกระจายไปทั่วพื้นที่สร้าง |
| ลดแพลตฟอร์มการสร้าง | สร้างแพลตฟอร์มลดลงก่อนที่จะแพร่กระจายชั้นผงใหม่ |
| ขั้นตอนการทำซ้ำ | ขั้นตอนซ้ำเลเยอร์โดยเลเยอร์จนกว่าชิ้นส่วนจะเสร็จสมบูรณ์ |
SLM ช่วยให้การพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะหนาแน่นเต็มรูปแบบพร้อมรูปทรงที่ซับซ้อนโดยตรงจากข้อมูล CAD 3D
ยังไง การพิมพ์ SLM ผลงาน
การพิมพ์ SLM เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบและกระบวนการสำคัญต่อไปนี้:
| ส่วนประกอบ | บทบาท |
|---|---|
| เลเซอร์ | เลือกละลายผงในรูปแบบของแต่ละชั้น |
| ระบบสแกนเนอร์ | ควบคุมตำแหน่งเลเซอร์และการโฟกัส |
| เตียงผง | ถือชั้นผงในระหว่างการพิมพ์ |
| เครื่องจ่ายผง | กระจายผงสดสำหรับแต่ละชั้น |
| สร้างแผ่น | ถือและลดส่วนหนึ่งในระหว่างการพิมพ์ |
| ระบบก๊าซเฉื่อย | ให้บรรยากาศป้องกันเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน |
กระบวนการนี้เป็นไปโดยอัตโนมัติตามรูปทรงเรขาคณิต 3 มิติที่นำเข้า
SLM กับวิธีการพิมพ์ 3 มิติอื่น ๆ
SLM แตกต่างจากรูปแบบอื่น ๆ ของการพิมพ์ 3 มิติในวิธีสำคัญ:
| วิธี | การเปรียบเทียบ |
|---|---|
| การสร้างแบบจำลองการสะสมแบบหลอมรวม (FDM) | FDM ใช้เทอร์โมพลาสทิคที่อัดขึ้นรูป SLM ใช้ผงโลหะ |
| Stereolithography (SLA) | SLA ใช้ photopolymers, SLM ใช้โลหะ |
| การละลายของลำแสงอิเล็กตรอน (EBM) | EBM ใช้ลำแสงอิเล็กตรอน SLM ใช้ลำแสงเลเซอร์ |
| เครื่องผูก jetting | สารยึดเกาะ |
SLM ช่วยให้การพิมพ์ชิ้นส่วนโลหะหนาแน่นอย่างเต็มที่เหมาะสำหรับการใช้งานด้านวิศวกรรมแบบใช้ปลายทาง
โลหะสำหรับการพิมพ์ SLM
โลหะทั่วไปที่พิมพ์ด้วยเทคโนโลยี SLM:
| วัสดุ | คุณสมบัติสำคัญ |
|---|---|
| สแตนเลส | ความต้านทานการกัดกร่อนความแข็งแรงสูง |
| อลูมิเนียมอัลลอยด์ | น้ำหนักเบาเหนียว |
| โลหะผสมไทเทเนียม | น้ำหนักเบาและแข็งแรงสูง |
| โลหะผสมนิกเกิล | ความต้านทานความร้อนและการกัดกร่อน |
| โคบอลต์ | ความเข้ากันได้ทางชีวภาพความต้านทานการสึกหรอ |
| เหล็กกล้าเครื่องมือ | ความแข็งสูงความเสถียรทางความร้อน |
ช่วงของโลหะถูกพิมพ์ด้วย SLM สำหรับแอปพลิเคชันที่แตกต่างกันซึ่งต้องการคุณสมบัติของวัสดุเฉพาะ
พารามิเตอร์กระบวนการ SLM
พารามิเตอร์กระบวนการ SLM ที่สำคัญ:
| พารามิเตอร์ | ช่วงทั่วไป |
|---|---|
| พลังงานเลเซอร์ | 100-400 W |
| ความเร็วในการสแกน | 100-5000 มม./วินาที |
| ระยะห่างฟัก | 50-200 μm |
| ความหนาของชั้น | 20-100 μm |
| ขนาดสปอต | 50-100 μm |
| สร้างบรรยากาศในห้อง | อาร์กอนหรือไนโตรเจน |
พารามิเตอร์เหล่านี้ได้รับการปรับให้เหมาะสมขึ้นอยู่กับวัสดุรูปทรงเรขาคณิตส่วนสร้างความเร็วและคุณสมบัติเชิงกลที่จำเป็น
ประโยชน์ของ การพิมพ์ SLM
ข้อดีที่สำคัญของการพิมพ์ SLM:
- ความสามารถในการสร้างรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนเป็นไปไม่ได้ด้วยการตัดเฉือน
- เวลานำที่สั้นลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับการตัดเฉือน
- ของเสียจากวัสดุน้อยที่สุดและอัตราส่วนซื้อต่อการบินลดลง
- ศักยภาพที่มีน้ำหนักเบาด้วยโครงสร้างขัดแตะ
- รวมการประกอบเป็นส่วนเดียว
- ผลิตภัณฑ์ที่กำหนดเองปรับให้เหมาะกับรายละเอียดของลูกค้า
- การผลิตและการลดสินค้าคงคลังแบบทันเวลา
- ความแม่นยำในมิติและการทำซ้ำ
- พื้นผิวที่ดีและความละเอียดดี
SLM ให้การประหยัดต้นทุนและเวลาที่สำคัญสำหรับการผลิตปริมาณต่ำถึงปานกลาง
แอปพลิเคชัน SLM
| อุตสาหกรรม | แอปพลิเคชันทั่วไป |
|---|---|
| การบินและอวกาศ | ใบมีดกังหัน, วงเล็บโครงสร้าง, ส่วนประกอบเครื่องยนต์ |
| ทางการแพทย์ | การรับมือทางทันตกรรม, รากฟันเทียม, เครื่องมือผ่าตัด |
| เกี่ยวกับยานยนต์ | ส่วนประกอบที่มีน้ำหนักเบาต้นแบบที่กำหนดเอง |
| ทางอุตสาหกรรม | ชิ้นส่วนหุ่นยนต์ที่มีน้ำหนักเบา, จิ๊ก, อุปกรณ์ติดตั้ง, เครื่องมือ |
SLM ถูกใช้ในอุตสาหกรรมเพื่อผลิตชิ้นส่วนโลหะที่ใช้งานด้านปลายประสิทธิภาพสูงพร้อมเวลานำที่ลดลง
โพสต์การประมวลผลสำหรับชิ้นส่วน SLM
ขั้นตอนหลังการประมวลผล SLM ทั่วไป:
- การกำจัดโครงสร้างสนับสนุนโดยใช้ EDM
- การตัดเฉือนพื้นผิวเพื่อปรับปรุงการตกแต่ง
- เจาะรูแตะเธรด
- การรักษาความร้อนเพื่อเพิ่มคุณสมบัติ
- การกด Isostatic ร้อนเพื่อกำจัดช่องว่างภายใน
- การรักษาพื้นผิวเช่นการระเบิดของลูกปัดอะโนไดซ์การเคลือบ
โพสต์การประมวลผลจะปรับแต่งชิ้นส่วนเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของแอปพลิเคชัน
แนวทางการออกแบบ SLM
ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ SLM ที่สำคัญ:
- เพิ่มประสิทธิภาพรูปทรงเรขาคณิตเพื่อลดโครงสร้างการสนับสนุน
- รักษาความหนาของผนังขั้นต่ำเพื่อการกระจายความร้อนที่ดีขึ้น
- ใช้โครงสร้างขัดแตะละเอียดเพื่อลดน้ำหนัก
- ออกแบบรูปทรงเรขาคณิตที่สนับสนุนตนเองเพื่อหลีกเลี่ยงการสนับสนุน
- อนุญาตให้มีความคลาดเคลื่อนหลังการสูบฉีดและพื้นผิวเสร็จสิ้น
- ชิ้นส่วนตะวันออกเพื่อลดเอฟเฟกต์บันได
- พิจารณาผลกระทบของความเครียดจากความร้อนในระหว่างการพิมพ์
- คุณสมบัติการออกแบบเช่นแท็บเพื่อความสะดวกในการกำจัด
เครื่องมือจำลองช่วยประเมินความสามารถในการพิมพ์ SLM ในระหว่างขั้นตอนการออกแบบเอง
อุปกรณ์การพิมพ์ SLM
ผู้ผลิตระบบ SLM รายใหญ่:
| บริษัท | แบบอย่าง |
|---|---|
| EOS | EOS M Series |
| ระบบ 3 มิติ | Prox DMP Series |
| Renishaw | AM Series |
| สารเติมแต่ง GE | แนวคิดเลเซอร์ M2 |
| โซลูชั่น SLM | SLM 500 |
ระบบแบบครบวงจรเหล่านี้ให้ความสามารถในการพิมพ์ SLM อัตโนมัติในขนาดการสร้างที่แตกต่างกัน
เศรษฐศาสตร์ต้นทุน SLM
ค่าใช้จ่ายในการพิมพ์ SLM แตกต่างกันไปตาม:
- ค่าใช้จ่ายในการซื้อเครื่อง – $ 0.5m ถึง $ 1.5m
- ต้นทุนวัสดุ – $ 50- $ 150/kg สำหรับโลหะทั่วไป
- ต้นทุนแรงงาน-การดำเนินงานของเครื่อง, หลังการประมวลผล
- สร้างอัตรา – 5-100 cm3/ชม. ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์
- การประหยัดจากขนาดจากปริมาณการผลิตที่สูงขึ้น
SLM นั้นคุ้มค่าที่สุดสำหรับการผลิตปริมาณต่ำถึงปานกลางที่ซับซ้อนเมื่อเทียบกับกระบวนการผลิตโลหะอื่น ๆ
ความท้าทายของ การพิมพ์ SLM
ความท้าทายบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับ SLM ได้แก่ :
- ความเครียดที่เหลืออยู่สูงอาจทำให้เกิดการบิดเบือนส่วนหนึ่ง
- คุณสมบัติของวัสดุ anisotropic ขึ้นอยู่กับทิศทางการสร้าง
- ข้อ จำกัด เกี่ยวกับขนาดชิ้นส่วนสูงสุด
- เอาผงออกจากช่องภายใน
- การบรรลุพื้นผิวให้สำเร็จเมื่อเทียบกับการตัดเฉือน
- จำเป็นต้องมีโครงสร้างการสนับสนุนในส่วนที่ยื่นออกมา
- จำเป็นต้องมีการฝึกอบรมผู้ประกอบการเฉพาะ
- ความเสี่ยงในการจัดการผงจำเป็นต้องมีข้อควรระวังด้านความปลอดภัย
อย่างไรก็ตามการพัฒนาอย่างต่อเนื่องกำลังช่วยแก้ไขความท้าทายเหล่านี้มากมาย
แนวโน้มในอนาคตสำหรับ SLM
แนวโน้มในอนาคตสำหรับการพิมพ์ SLM เป็นบวก:
- ปรับปรุงคุณภาพของชิ้นส่วนโดยมีข้อบกพร่องน้อยลง
- ปริมาณการสร้างที่ใหญ่ขึ้นช่วยให้ชิ้นส่วนที่ใหญ่ขึ้น
- ความเร็วในการสร้างที่เร็วขึ้นขับเคลื่อนด้วยพลังเลเซอร์ที่สูงขึ้น
- การพัฒนาวัสดุใหม่ขยายการใช้งาน
- การผลิตไฮบริดรวม SLM เข้ากับการตัดเฉือน
- การจัดการผงอัตโนมัติและหลังการประมวลผล
- การยอมรับกระแสหลักในหลากหลายอุตสาหกรรม
- ต้นทุนที่ลดลงทำให้ประหยัดสำหรับการใช้งานเพิ่มเติม
ความก้าวหน้าเหล่านี้จะช่วยให้ชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ออกมา SLM สามารถแข่งขันกับกระบวนการผลิตแบบเดิมเพื่อเพิ่มจำนวนแอปพลิเคชัน
การเลือกผู้ให้บริการการพิมพ์ SLM
นี่คือปัจจัยสำคัญเมื่อเลือกผู้ให้บริการ SLM:
- ประสบการณ์โดยเฉพาะกับเทคโนโลยี SLM
- ช่วงของอุปกรณ์และขนาดการสร้างที่นำเสนอ
- ความเชี่ยวชาญด้านวัสดุด้วยโลหะผสมโลหะที่แตกต่างกัน
- ความสามารถในการประมวลผลรองเช่นการรักษาความร้อน
- การรับรองคุณภาพเช่น ISO 9001 และ AS9100
- การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบและการสนับสนุนทางวิศวกรรม
- บันทึกการส่งมอบเวลาและเวลาส่งตรงเวลา
- การอ้างอิงลูกค้าและคำรับรอง
- โครงสร้างราคา – ส่วนกับราคาปริมาณ
การเลือกพันธมิตรบริการ SLM ที่เชื่อถือได้ทำให้มั่นใจได้ว่าชิ้นส่วนคุณภาพสูงผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ข้อดีและข้อเสียของ การพิมพ์ SLM
ข้อดี
- รูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนเป็นไปไม่ได้ด้วยการตัดเฉือน
- เวลาตอบสนองที่รวดเร็วจาก CAD ไปยังส่วนหนึ่ง
- ของเสียจากวัสดุต่ำและอัตราส่วนการซื้อต่อการบิน
- น้ำหนักเบาผ่านการออกแบบที่ปรับให้เหมาะสม
- รวมแอสเซมบลีลงในชิ้นส่วนที่พิมพ์เดี่ยว
- ศักยภาพในการผลิตแบบกำหนดเวลา
- กำจัดค่าใช้จ่ายในการใช้เครื่องมือจิ๊ก
ข้อเสีย
- การลงทุนเงินทุนของเครื่องจักรสูง
- ขนาด จำกัด ขึ้นอยู่กับขนาดของห้องสร้าง
- โพสต์การประมวลผลมักจะต้องเสร็จสิ้นชิ้นส่วน
- คุณสมบัติ anisotropic ขึ้นอยู่กับการวางแนวการสร้าง
- ขาดมาตรฐานการออกแบบสำหรับการผลิตสารเติมแต่ง
- ตัวเลือกวัสดุมี จำกัด มากกว่าการตัดเฉือน
- ต้องมีบุคลากรที่ผ่านการฝึกอบรมมาใช้อุปกรณ์
สำหรับการผลิตปริมาณต่ำถึงปานกลาง SLM สามารถให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญ แต่มีข้อ จำกัด ในการพิจารณา
คำถามที่พบบ่อย
| คำถาม | คำตอบ |
|---|---|
| วัสดุอะไรที่ใช้ใน SLM? | วัสดุ SLM ทั่วไป ได้แก่ สแตนเลส, อลูมิเนียม, ไทเทเนียม, โลหะผสมนิกเกิล, เหล็กกล้าเครื่องมือและโคบอลต์-โครเมี่ยม |
| อุตสาหกรรมใดที่ใช้การพิมพ์ SLM | ภาคการบินและอวกาศการแพทย์ยานยนต์และภาคอุตสาหกรรมเป็นผู้นำของ SLM |
| ชิ้นส่วนโลหะจาก SLM สามารถใช้โดยตรงได้หรือไม่? | ชิ้นส่วน SLM ส่วนใหญ่ต้องการการโพสต์การประมวลผลเช่นการตกแต่งพื้นผิวและการรักษาความร้อนก่อนใช้เป็นส่วนประกอบการใช้งาน |
| การพิมพ์ SLM เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากหรือไม่? | ไม่การพิมพ์ SLM เหมาะกว่าสำหรับขนาดขนาดเล็กถึงขนาดกลางมากกว่าปริมาณการผลิตจำนวนมาก |
| SLM สามารถบรรลุความแม่นยำและพื้นผิวได้อย่างไร? | ความแม่นยำของ +/- 0.1-0.2% เป็นไปได้ ความขรุขระของพื้นผิวอยู่ในช่วง 10-30 ไมครอนก่อนที่จะเสร็จสิ้น |
บทสรุป
การพิมพ์ SLM ช่วยให้สามารถผลิตชิ้นส่วนโลหะที่ซับซ้อนและมีประสิทธิภาพสูงพร้อมเวิร์กโฟลว์การผลิตดิจิตอล ในขณะที่เทคโนโลยียังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง SLM จะกลายเป็นไปได้สำหรับการใช้งานที่สำคัญมากขึ้นในอุตสาหกรรมที่แตกต่างกัน ความสามารถที่เป็นเอกลักษณ์ของการพิมพ์ SLM จะช่วยให้วิศวกรและนักออกแบบสามารถสร้างผลิตภัณฑ์รุ่นต่อไปที่เป็นนวัตกรรมโดยใช้การผลิตสารเติมแต่ง
