SLM Metal 3D prentunartækni

SLM (Selective Laser Melting) er háþróuð aukefnisframleiðslutækni sem einbeitir sér að þrívíddarprentun málmefna. Með því að nota leysigeisla til að bræða málmduft nákvæmlega, byggir þessi tækni flókna þrívíddar málmhluta lag fyrir lag, sem býður framleiðsluiðnaðinum upp á alveg nýja leið til að framleiða íhluti.

Eftir því sem Industry 4.0 og snjallframleiðsla halda áfram að þróast, eru fleiri og fleiri fyrirtæki að beina sjónum sínum að aukefnaframleiðslu. Með einstöku mótunarreglunni og framúrskarandi frammistöðu hluta hefur SLM orðið sífellt mikilvægara afl í málmvinnsluiðnaðinum. Það sem byrjaði sem verkfæri til að sannprófa frumgerð hefur nú þroskast yfir í ferli sem getur beint framleitt-nota virka hluta, og mörk umsóknar þess halda áfram að stækka.

SLM tæknin notar há-orku leysigeisla sem hitagjafa. Í kjölfar for-stillinga þriggja-líkanagagna skannar leysirinn og bræðir rúm af málmdufti lag fyrir lag. Undir virkni leysigeislans bráðnar málmduftið hratt og storknar og myndar þétt málmfast efni. Með samfelldri uppsöfnun lags-fyrir-lags er að lokum smíðaður heill málmhluti. Þetta ferli krefst engin hefðbundin mót eða skurðarverkfæri, sem eykur mjög sveigjanleika og skilvirkni framleiðslu.

Nánar tiltekið inniheldur SLM myndunarferlið venjulega eftirfarandi lykilskref. Í fyrsta lagi klára hönnuðir stafræna hönnun hlutans með því að nota þrívíddarlíkanahugbúnað og sneiða líkanið í röð tveggja-víddar-þversniðsgagna. Næst dreifir búnaðurinn samræmdu lagi af málmdufti (venjulega 20-50 míkron þykkt) inn í byggingarhólfið. Lasarinn skannar síðan þetta lag með vali í samræmi við sneiðar gögnin, sem veldur því að duftið bráðnar á augabragði og tengist málmvinnslu við áður myndað lag undir því. Eftir að hvert lag hefur verið skannað lækkar byggingarpallurinn um eitt lagsþykkt og endurhúðunarkerfið dreifir nýju lagi af dufti. Þessi hringrás endurtekur sig þar til allt er lokið.

Til að tryggja myndunargæði er allt ferlið venjulega framkvæmt inni í lokuðu hólfi sem varið er af óvirku gasi (eins og argon eða köfnunarefni), sem kemur í veg fyrir að málmduftið oxist við háan hita, sem annars hefði áhrif á vélræna eiginleika og þéttleika hlutarins. Að auki hefur skipulagning á leysiskönnunarleiðinni, ásamt breytum eins og skannahraða, leysigeislakrafti og blettþvermáli, bein áhrif á örbyggingu lokahlutans, ójöfnur yfirborðs og innri streitudreifingu. Fínstilla-þessar ferlifæribreytur er því ein af helstu tæknilegum áskorunum SLM.

Mikil nákvæmni: SLM tækni getur náð nákvæmnisstýringu á míkron-stigi, sem tryggir að prentaðir málmhlutar séu víddarnákvæmir og geti haft flókin lögun.

Mikil efnisnýting: Þökk sé nákvæmri leysistýringu getur málmduftnotkun farið yfir 90%, sem dregur verulega úr efnisúrgangi.

Hönnunarfrelsi: SLM tækni er ekki takmörkuð af hefðbundnum framleiðsluþvingunum og getur prentað málmhluta með flóknum rúmfræði og innri byggingu.

Stutt framleiðslulota: Frá hönnun til fullunnar hluta, SLM tækni styttir framleiðsluferilinn verulega og bætir framleiðslu skilvirkni.

Fyrir utan þessa fjóra kjarnakosti skilar SLM tækni einnig eftirfarandi viðbótargildi í hagnýtum notkunum:

Frábærir vélrænir eiginleikar: Vegna þess að mótunarferlið felur í sér hraða bráðnun og storknun, er kornabygging SLM-hluta venjulega fínni og einsleitari en hefðbundinna steypuhluta. Fyrir ákveðna málma geta SLM-unnar íhlutir jafnvel náð styrk og hörku sem er meiri en falsaðir hlutar.

Samþætt mótunargeta: Hægt er að prenta flókin mannvirki sem venjulega þarf að suða eða setja saman marga íhluti sem einn samþættan hluta með því að nota SLM, sem dregur úr samsetningarvillum og hugsanlegum tengingarbilunum í tengslum við fjöl-samsetningu.

Efnahagsleg hagkvæmni fyrir litla-lotu, mikið-framleiðsla: Fyrir hluta sem krefjast lítillar-lotu, mjög sérsniðinna framleiðslu, þarf SLM enga mold, sem getur lækkað verulega á hverja-einingakostnað-sem gerir hann sérlega vel-hentan fyrir atvinnugreinar eins og geimferða- og lækningatæki sem krefjast mikillar sérsniðnar.

Stuðningur við léttar hönnun: Með hjálp staðfræði fínstillingar og grindarbyggingarhönnunar getur SLM dregið verulega úr þyngd hluta á sama tíma og burðarvirki er viðhaldið, sem er mikilvægur fyrir atvinnugreinar eins og flug- og bílaiðnað sem hafa strangar kröfur um þyngd-minnkunar.

SLM tækni gerir miklar kröfur til málmdufts hráefnis - þáttum eins og kúlu, kornastærðardreifingu og flæðihæfni hafa bein áhrif á myndunargæði. Málmefnin sem nú eru notuð mest í iðnaði fyrir SLM eru:

Ryðfrítt stál röð (eins og 316L, 17-4PH): Býður upp á góða tæringarþol og vel ávala vélræna eiginleika; mikið notað í lækningatækjum og matvælavinnslubúnaði.

Títan álfelgur röð (eins og Ti6Al4V): Verðlaun fyrir framúrskarandi sérstaka styrk og lífsamhæfi, sem gerir það að ákjósanlegu efni fyrir byggingarhluta í geimferðum og lækningaígræðslur.

Ál ál röð (eins og AlSi10Mg): Sameinar létt þyngd með tiltölulega miklum styrk; almennt notaður í bílahlutum og léttum burðarhlutum í geimferðum.

Nikkel-ofurblendi (eins og Inconel 718, Inconel 625): Hefur framúrskarandi háan-hitastyrk og oxunarþol; aðallega notað í heitum-hlutum í flugvélahreyflum og gastúrbínum.

Kóbalt-króm málmblöndur: Þekkt fyrir góða slitþol og lífsamhæfni, mikið notað í tannviðgerðum og bæklunarígræðslum.

Stöðug stækkun efniskerfisins hefur lagt traustan grunn fyrir dýpri skarpskyggni SLM tækni yfir atvinnugreinar.

Fyrir utan SLM, felur sviði málmaaukefnaframleiðslu einnig í sér rafeindageislabræðslu (EBM), bein málmleysissintu (DMLS) og sértæka leysisintering (SLS), meðal annarra vinnsluleiða. Í samanburði við EBM hefur SLM búnaður tilhneigingu til að vera ódýrari og býður upp á meiri mótunarnákvæmni, þó að byggingarhraði hans sé nokkuð hægari. Samanborið við SLS - sem er fyrst og fremst sniðið að plasti og að hluta sintun sumra málmdufta - bræðir SLM málmduftið að fullu, sem leiðir til þess að hlutar með meiri þéttleika og vélrænni eiginleika eru nær þeim sem falsaðir íhlutir eru. Þessir aðgreinandi kostir gefa SLM mikilvæga stöðu í framleiðslu á hagnýtum málmhlutum sem krefjast mikillar nákvæmni og frammistöðu.

Tökum Power Transmission and Control deild Shenzhen JR Technology Co., Ltd. sem dæmi. Fyrirtækið notaði SLM tækni til að framleiða mótsinnlegg með samræmdum kælirásum, sem stytti verulega framleiðsluferilinn sem þarf til að framleiða kapalrásir. Með því að endurhanna mótainnskotin og nýta kosti SLM, tókst fyrirtækinu að minnka kælitíma úr 30 sekúndum í 6 sekúndur og minnka heildarframleiðsluferilinn úr 60 sekúndum í 14,7 sekúndur. Þessi framför jók ekki aðeins framleiðsluhagkvæmni heldur minnkaði hraða rusl við framleiðslu.

Við frammistöðuprófanir sýndu mótainnskot með -gerð gosbrunnar, þunnt U-laga og þykkt spírallaga-laga rásarhönnun bestu kælivirknina. Þessi hönnun hámarkaði kælingu skilvirkni með því að hámarka lögun og stærð flæðisrásanna. Á sama tíma gerði SLM tæknin einnig kleift að samþætta flóknar kælirásir beint inn í mótinn, sem eykur enn frekar skilvirkni kælingar.

Fyrir utan þetta dæmi um snúru-mögumót hefur SLM tæknin einnig skilað ríkulegum árangri á öðrum framleiðslusviðum. Í geimferðum var eldsneytisstútur tiltekinnar flugvélahreyfla prentaður með SLM, sem minnkaði hlutafjöldann úr meira en 20 íhlutum við hefðbundna framleiðslu í eitt stykki - og minnkaði ekki aðeins flókið samsetningar verulega heldur minnkaði heildarþyngd um u.þ.b. 25%. Á sviði lækningatækja hafa bæklunarígræðslur úr títanblendi, sérsniðnar byggðar á tölvusneiðmyndagögnum sjúklings, verið framleiddar með því að nota SLM til að ná fram persónulegri hönnun sem passar vel við beinbyggingu sjúklingsins; kynning á gljúpum grindarbyggingum stuðlar einnig að innvexti beinfrumna, sem bætir -langtímastöðugleika vefjalyfsins. Í bílaframleiðslu, kappaksturs- og afkastamiklum ökutækjum hafa einnig byrjað að nota SLM til að framleiða fjöðrunarfestingar, inntaksgreinir og aðra hluta sem - uppfylla miklar-styrkleikakröfur á sama tíma og þeir ná umtalsverðri þyngdarminnkun.

Þessi tilvik sýna að fullu fram á að SLM tækni getur ekki aðeins bætt skilvirkni í einu framleiðsluþrepi, heldur getur hún einnig - með endurhönnun - skapað yfirgripsmikil verðmæti yfir allan líftíma vörunnar sem hefðbundin framleiðsluferli eiga erfitt með að passa við.

Þrátt fyrir umtalsverða kosti hennar stendur SLM tæknin enn frammi fyrir nokkrum áskorunum í hagnýtri upptöku. Í fyrsta lagi er kostnaður við búnað og hráefni enn tiltölulega hár - hár-nákvæmni SLM búnaður ber umtalsverðan innkaupa- og viðhaldskostnað og hágæða málmduft er einnig tiltölulega dýrt, sem takmarkar að einhverju leyti notkun tækninnar í kostnaðar-viðkvæmum vörum. Í öðru lagi er hlutastærð takmörkuð af stærð byggingarhólfsins búnaðarins, sem gerir það erfitt að prenta stóra hluta í einu lagi; slíka hluta þarf oft að prenta í köflum og síðan tengja saman. Að auki hefur afgangsstreita tilhneigingu til að safnast upp í SLM hlutum meðan á myndunarferlinu stendur og ef síðari hitameðhöndlun er ekki stjórnað á réttan hátt geta hlutar afmyndast eða jafnvel sprungið. Þetta gerir viðbótarþrep eftir-vinnslu - eins og streitu-losunarglæðingu og heita jafnstöðupressu - að ómissandi hluta til að tryggja gæði endanlegs hluta. Hvað varðar framleiðsluhagkvæmni hefur SLM enn pláss til að bæta í eins-hluta byggingarhraða samanborið við hefðbundin-mikilmagnsframleiðsluferli, sem er líka lykilástæða þess að búnaðarframleiðendur halda áfram að þróa samhliða samhliða leysigeislakerfi.

Þegar SLM tæknin heldur áfram að þróast og þroskast mun notkunarsvið hennar í framleiðslu halda áfram að stækka. Í framtíðinni er gert ráð fyrir að SLM muni gegna enn stærra hlutverki í geimferðum, bílaframleiðslu og lækningatækjum. Á sama tíma, þar sem málmduft efni halda áfram að nýsköpun og kostnaður lækkar, mun efnahagsleg hagkvæmni SLM tækni batna enn frekar.

Þegar litið er á stefnu tækniþróunar, mun vaxandi innleiðing fjöl-samhliða leysisskönnunarkerfa bæta enn frekar skilvirkni SLM búnaðar, styrkja samkeppnishæfni hans í meðal- og stórum-lotuframleiðslusviðum. Innleiðing gervigreindar og vélanáms mun einnig hjálpa til við að fínstilla ferlibreytur á skynsamlegan hátt og gera rauntímagæðavöktun kleift á meðan á smíðaferlinu stendur, draga úr trausti á reynslu rekstraraðila og bæta samkvæmni vöruafraksturs. Á sama tíma, þegar sjálfvirknibúnaður eftir-vinnslu þróast -, þar á meðal sjálfvirkur duftfjarlæging, sjálfvirkur stuðningsfjarlæging og sjálfvirk yfirborðsmeðferð - mun skilvirkni í þessum skrefum batna verulega og þjappa enn frekar saman heildarferlistímanum frá því að prentun lýkur til hluta afhendingar.

Hvað varðar að stækka notkunarsviðsmyndir, umfram núverandi svið geimferða, lækninga og bíla, eru vaxandi svæði eins og orkubúnaður (td tvískauta plötur fyrir vetniseldsneytisfrumur, lykilkjarnorkuhlutar), myglaframleiðsla (svo sem samræmd kælimót) og rafeindatækni smám saman að verða nýir vaxtarpunktar fyrir SLM tækni. Það er fyrirsjáanlegt að eftir því sem staðlakerfi þroskast og andstreymis og niðurstreymis iðnaðarkeðjunnar þróast í samræmingu, mun SLM tækni gegna sífellt mikilvægara hlutverki í víðara landslagi framleiðslu.

Sem skilvirk þrívíddarprentunarlausn úr málmi hefur SLM valdið byltingarkenndum breytingum á framleiðsluiðnaðinum með mikilli nákvæmni, mikilli efnisnýtingu, hönnunarfrelsi og stuttum framleiðsluferlum. Með áframhaldandi hagræðingu tækninnar og notkunar hennar er búist við að SLM tækni nái frekari byltingum og nýsköpun á enn breiðari sviðum, sem veiti sterkan stuðning við umbreytingu og uppfærslu framleiðsluiðnaðarins.

Fyrir framleiðslufyrirtæki sem leitast við að bæta frammistöðu vöru, stytta þróunarlotur og ná léttvægi og persónulegri aðlögun, mun það að öðlast djúpan skilning á og beita SLM tækni á viðeigandi hátt vera mikilvægt skref í átt að því að tryggja samkeppnisforskot í framtíðinni í framleiðslu.