用于金属快速成型制造的 SLM

目录

选择性激光熔融概述

选择性激光熔化SLM)是一种粉末床熔融金属三维打印工艺,它使用激光选择性地逐层熔化和融合金属粉末颗粒,从而制造出完全致密的部件。

可持续土地管理技术的关键属性:

特征说明
材料不锈钢、钛、铝、镍合金等金属
激光类型光纤、CO2 或直接二极管激光器
氛围惰性氩气或氮气环境
决议可精细至 150 μm
准确性零件尺寸在 ±0.2% 或更佳范围内

SLM 可为航空航天、医疗、汽车和工业应用提供复杂的可定制金属零件。

选择性激光熔融技术的工作原理

SLM 印刷工艺的工作原理如下:

  • 三维模型切成二维截面图层
  • 将粉末薄薄地撒在构建板上
  • 激光选择性扫描层,熔化粉末
  • 熔化的粉末凝固并融合在一起
  • 降低建模板,在上面铺设新模板
  • 重复该过程,直到建立起完整的部分

未熔化的粉末可在构建部件时提供支撑。因此,无需专门的支撑结构就能实现复杂的几何形状。

(二)......

选择性激光熔化系统的类型

有几个 SLM 系统配置:

系统详细信息
单激光一台用于熔化的高功率激光器
多重激光多个激光器可提高建造速度
扫描系统振镜或固定光学镜组
金属粉末处理开放式系统或封闭式粉末回收
大气控制充满氩气或氮气的密封构建室

多激光系统可加快构建速度,而闭环粉末处理则提高了效率和可回收性。

用于选择性激光熔化的材料

SLM 常用的金属材料包括

材料益处
铝合金重量轻,强度高
钛合金高强度重量比
不锈钢耐腐蚀、高韧性
工具钢高硬度和耐磨性
镍合金耐高温
钴铬合金具有良好的生物相容性和耐磨性

一系列合金粉末可满足各种应用所需的强度、硬度、耐温性和生物相容性等特性。

选择性激光熔化的应用

SLM 金属印刷的典型应用包括

行业应用
航空航天发动机部件、轻质结构
医疗定制植入物、假肢、器械
汽车轻质部件、定制工具
工业轻量化组件,最终用途生产
石油和天然气耐腐蚀阀门、井口部件

SLM 可将复杂的定制金属部件整合成一个整体,并对重量和性能进行优化。

选择性激光熔化的优点

SLM 技术的主要优势

益处说明
复杂几何形状有机形状的无限设计自由
部分合并作为单个组件打印的组件
定制易于改装以生产定制部件
轻量化晶格结构和拓扑优化
节省材料与减法相比,减少了浪费
后期处理可能需要拆除支撑物并进行表面处理

这些优势使得最终使用的金属零件性能更高,交货时间更短,成本更低,产量更大。

(二)......

选择性激光熔化的局限性

可持续土地管理的局限性包括

限制说明
部件尺寸仅限于打印机构建体积,通常低于 1 立方米
生产率相对较慢的生产速度限制了大批量生产
后期处理可能需要拆除支撑物、机加工、精加工
各向异性机械性能因制造方向不同而异
表面处理印刷后的表面相对粗糙
操作员的专业知识需要丰富的打印机经验

该技术最适用于复杂金属零件的中低产量生产。

SLM 打印机供应商

领先的 SLM 系统制造商:

公司名称著名系统
EOSEOS M 系列
3D 系统DMP 系列
通用电气添加剂X 系列 2000R
TrumpfTruPrint 1000、3000
SLM 解决方案SLM 500、SLM 800
雷尼绍AM500, AM400

从 250 x 250 x 300 毫米左右的小型设备到 800 x 400 x 500 毫米的大型系统,都能实现高生产率。

选择 SLM 3D 打印机

选择 SLM 系统时的主要考虑因素:

系数优先权
建筑体积与所需部件尺寸匹配
支持材料所需的合金,如钛合金、铝合金、不锈钢、工具钢
惰性气体系统密封、自动氩气或氮气处理
激光技术光纤、CO2 或直接二极管激光器
扫描方法振镜或固定镜扫描
粉末处理首选闭环回收

最佳 SLM 系统可提供应用所需的材料、制造量、速度和粉末处理功能。

可持续土地管理设施要求

要运行 SLM 打印机,设施必须满足以下条件:

  • 典型电力水平 20-60 千瓦
  • 温度稳定在 20-25°C 左右
  • 低于 70% 相对湿度的低湿度
  • 微粒控制和金属粉末处理
  • 惰性气体供应和排放
  • 废气微粒过滤
  • 大气监测系统
  • 强有力的人员安全程序

SLM 系统需要大量的电力、冷却、粉末处理和惰性气体输送基础设施。

SLM 印刷工艺参数

典型的 SLM 印刷参数:

参数典型范围
激光功率100-400 W
扫描速度100-2000 毫米/秒
层厚度20-100 μm
舱口间距50-200 μm
斑点大小50-100 μm
扫描模式交替进行,每层旋转

需要对这些参数进行精确调整,以实现每种合金粉的全致密部件。

SLM 设计指南和限制

可持续土地管理的主要设计准则包括

指导原则原因
最小壁厚避免热量积聚和翘曲
有支撑的悬臂防止无支撑物倒塌
避免功能单薄防止熔化或汽化
定向增力优化负载方向
最大限度减少辅助设备的使用简化后期处理

SLM 工艺提出了必须考虑的几何要求,如悬角和最小特征尺寸。

SLM 后处理要求

SLM 零件的常见后处理步骤:

过程目的
支持移除删除软件中自动生成的支持
除粉清理内部通道中的剩余粉末
表面处理通过机加工提高表面光洁度和粗糙度
缓解压力通过热处理减少残余应力
热等静压提高密度,减少内部空隙

后处理的程度取决于应用对公差、表面光洁度和材料特性的要求。

SLM 零件的鉴定测试

SLM 组件的典型鉴定测试:

测试类型说明
密度分析与锻造材料相比,测量密度
机械测试拉伸、疲劳、断裂韧性测试
金相学微结构成像和缺陷分析
化学分析检查成分是否与规格相符
非破坏性CT 扫描或 X 射线检查是否有空隙

在投入生产应用之前,彻底的测试可确保 SLM 部件符合要求。

的好处 SLM 技术

选择性激光熔化具有关键优势:

  • 铸造或数控加工无法实现的复杂有机几何形状
  • 通过拓扑优化减轻结构重量
  • 将部件合并为单个印刷组件
  • 与减法相比,减少了浪费
  • 定制和快速设计迭代
  • 及时生产金属零件
  • 接近锻造材料的高强度和硬度

这些优势使 SLM 适合于各行业按需生产高价值、小批量的零件。

采用 SLM 印刷的挑战

采用可持续土地管理的障碍包括

挑战缓解策略
打印机成本高利用服务局,验证投资回报率
材料选择正在开发的新型合金,特种供应商
工艺知识培训计划、学习曲线
标准正在制定部件鉴定协议
后期处理正在开发的自动化流程

随着技术的成熟,通过改进材料、设备、培训和整个行业的标准化工作,这些障碍正在减少。

选择性激光熔融技术的未来

可持续土地管理技术的新趋势:

  • 500 x 500 x 500 毫米以上的较大制造体积
  • 多激光系统可加快制造速度
  • 膨胀合金,包括高温超合金
  • 提高粉末的可回收性和处理能力
  • 自动支持移除和后处理
  • AM 与 CNC 相结合的混合制造
  • 优化设计的专用软件
  • 工艺参数和部件质量的标准化

SLM 系统将在制造尺寸、速度、材料和可靠性方面不断进步,以满足更多工业应用的生产需求。

(二)......

要点概述

  • SLM 利用激光选择性熔融金属粉末,实现全密度 3D 打印
  • 粉末床熔融工艺可实现精细的细节和复杂的几何形状
  • 适用于航空航天、医疗、汽车和工业应用
  • 使用不锈钢、钛、铝和镍合金等金属
  • 提供部件整合、定制和轻量化的优势
  • 需要可控气氛和强大的粉末处理系统
  • 可能需要对印刷部件进行大量后处理
  • 适用于中低产量应用的领先技术
  • 不断改进材料、构建尺寸、速度和质量
  • 实现高性能印刷金属元件

选择性激光熔融作为一种按需定制金属零件的工业制造解决方案,将继续得到发展。

常见问题

问题回答
哪些材料与 SLM 兼容?大多数可焊接合金,如不锈钢、钛、铝、工具钢、镍合金和钴铬合金。
SLM 零件的典型精度是多少?大多数几何形状的尺寸精度可达 ±0.2% 左右。
需要进行哪些后期处理?常见的做法有去支撑、去粉末、表面抛光、消除应力和热等静压。
常见的 SLM 缺陷有哪些?气孔、开裂、层分层、翘曲、表面粗糙、未熔化颗粒。
SLM 使用哪些类型的激光器?通常使用光纤激光器、CO2 激光器或高功率二极管。

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