Overzicht van SLM 3D printen
SLM (selective laser melting) is een additieve productie- of 3D-printtechnologie die gebruik maakt van een laser om metaalpoeders te smelten tot vaste 3D-objecten. SLM is geschikt voor het verwerken van reactieve en zeer sterke metalen zoals titanium, aluminium, roestvrij staal, kobalt-chroom en nikkellegeringen tot functioneel dichte onderdelen met ingewikkelde geometrieën.
SLM 3D printen werkt door selectief opeenvolgende lagen metaalpoeder op elkaar te smelten met behulp van een gefocuste laserstraal. De laser smelt en versmelt de deeltjes volledig op locaties die worden bepaald door het CAD-model. Nadat elke laag is gescand, wordt een nieuwe poederlaag aangebracht en herhaalt het proces zich totdat het volledige onderdeel is opgebouwd. Onderdelen gemaakt met SLM hebben eigenschappen die vergelijkbaar of superieur zijn aan traditionele productie.
SLM wordt gewaardeerd om zijn vermogen om dichte, lichtgewicht en complexe metalen onderdelen te produceren met verbeterde mechanische eigenschappen en vormen die niet haalbaar zijn met conventionele methoden. Lees verder voor een uitgebreide gids over SLM 3D printen met de belangrijkste kenmerken, toepassingen, specificaties, leveranciers, kosten, voor- en nadelen en nog veel meer.
Belangrijkste kenmerken van SLM-technologie
| Kenmerkend | Beschrijving |
|---|---|
| Precisie | SLM kan uiterst ingewikkelde en delicate structuren bouwen met kleine kenmerken tot een resolutie van 30 μm. |
| Complexiteit | Onbeperkt door gereedschap kan SLM complexe vormen maken zoals roosters, interne kanalen en geoptimaliseerde topologie. |
| Dikte | SLM produceert meer dan 99% dichte metalen onderdelen met materiaaleigenschappen die de eigenschappen van gesmeed metaal benaderen. |
| Oppervlakteafwerking | Hoewel nabewerking nodig kan zijn, biedt SLM een oppervlakteruwheid van 25-35 μm Ra. |
| Nauwkeurigheid | SLM heeft een maatnauwkeurigheid van ±0,1-0,2% en toleranties van ±0,25-0,5%. |
| Enkele stap | SLM vormt volledig functionele onderdelen rechtstreeks vanuit een 3D-model zonder extra gereedschapstappen. |
| Automatisering | Het SLM-proces is geautomatiseerd en er is minimale handmatige arbeid nodig. Ook minder afval. |
| Maatwerk | SLM maakt snelle, flexibele en kosteneffectieve aanpassingen en iteraties mogelijk. |
Belangrijkste toepassingen van SLM 3D printen
SLM is het meest geschikt voor kleine tot middelgrote productievolumes waar complexiteit en maatwerk nodig zijn. Het wordt veel gebruikt voor zowel metalen prototypes als productieonderdelen voor eindgebruik in diverse industrieën. Enkele belangrijke toepassingen zijn:
| Gebied | Toepassingen |
|---|---|
| Lucht- en ruimtevaart | Turbinebladen, motoronderdelen, roosterstructuren. |
| Automobiel | Lichtgewicht onderdelen, aangepaste beugels, complexe poortontwerpen. |
| Medisch | Patiëntspecifieke implantaten, protheses, chirurgisch gereedschap. |
| Tandheelkundig | Kronen, bruggen, implantaten gemaakt van biocompatibel kobalt-chroom. |
| Gereedschap | Spuitgietgereedschap met conforme koelkanalen. |
| Juwelen | Ingewikkelde ontwerpen en structuren waarbij edele metalen worden gebruikt. |
| Verdediging | Lichtgewicht onderdelen voor voertuigen, vliegtuigen en kogelvrije vesten. |
De technologie wordt op grote schaal gebruikt in industrieën zoals luchtvaart, defensie, auto-industrie en gezondheidszorg vanwege de mogelijkheid om volledig functionele metalen onderdelen te produceren met verbeterde mechanische eigenschappen en complexe geometrieën.
SLM ontwerprichtlijnen en specificaties
Een goed onderdeelontwerp is cruciaal om problemen met SLM-productie te voorkomen, zoals restspanningen, vervorming, slechte oppervlakteafwerking en gebrekkige versmelting. Aandachtspunten zijn onder andere:
| Ontwerpaspect | Richtlijnen |
|---|---|
| Minimale wanddikte | ~0,3-0,5 mm om inzakken en overtollige restspanning te voorkomen. |
| Gatenmaat | >1 mm diameter om ongesmolten poeder te kunnen verwijderen. |
| Ondersteunde hoeken | Vermijd hoeken onder 30° van horizontaal waarvoor steunen nodig zijn. |
| Holle profielen | Inclusief ontsnappingsgaten voor het verwijderen van poeder uit de interne holtes. |
| Oppervlakteafwerking | Ontwerporiëntatie en nabewerking nodig voor kritische oppervlakken. |
| Ondersteunt | Gebruik hittegeleidende cilinder- of traliesteunen om vervorming van het werkstuk te voorkomen. |
| Tekst | Breng tekst in reliëf aan op 0,5-2 mm hoogte voor leesbaarheid. |
| Toleranties | Houd rekening met +/- 0,1-0,2% maatnauwkeurigheid en anisotrope effecten. |
Door de principes van design for additive manufacturing (DFAM) te volgen, kunnen onderdelen worden geoptimaliseerd om de voordelen van SLM op het gebied van complexiteit, gewichtsvermindering, prestatiewinst en consolidatie van onderdelen volledig te benutten.
SLM systeem grootte specificaties
| Parameter | Typisch bereik |
|---|---|
| Envelop bouwen | 100-500 mm x 100-500 mm x 100-500 mm |
| Laserkracht | 100-500 W |
| Laagdikte | 20-100 µm |
| Straalgrootte | 30-80 μm |
| Scansnelheid | Tot 10 m/s |
| Grootte inerte kamer | 0,5-2 m diameter |
SLM-systemen bestaan uit een kamer gevuld met inert gas, een mechanisme om het poeder opnieuw aan te brengen en een krachtige laser die op een kleine plek wordt gericht om de metaalpoederlagen te smelten. Grotere bouwvolumes en een hoger laservermogen zorgen voor grotere onderdelen en hogere bouwsnelheden.
SLM-procesparameters
| Variabele | Rol |
|---|---|
| Laserkracht | Smelten en versmelten van de poederdeeltjes. |
| Scansnelheid | De totale energie-input en koelsnelheden regelen. |
| Hatch-afstand | Overlappende smeltpoelen voor gelijkmatige consolidatie. |
| Laagdikte | Resolutie en oppervlakteruwheid. |
| Focus-offset | Laserspotgrootte en penetratiediepte. |
| Scanningstrategie | Gelijkmatige verdeling van warmte en restspanningen. |
Het optimaliseren van de parameters van het SLM-proces helpt bij het bereiken van maximale deeltjesdichtheid, minimale defecten, gecontroleerde microstructuur en mechanische eigenschappen, goede oppervlakteafwerking en geometrische nauwkeurigheid.
SLM-poedervereisten
| Kenmerkend | Typische specificatie |
|---|---|
| Materiaal | Roestvrij staal, aluminium, titanium, kobaltchroom, nikkellegeringen. |
| Deeltjesgrootte | 10-45 μm typisch bereik. |
| Grootteverdeling | D90/D50-verhouding < 5. Smalle verdeling voor vloeibaarheid. |
| Morfologie | Sferoïdale of aardappelvormige deeltjes met lage satellieten. |
| Puurheid | >99,5% met weinig zuurstof, stikstof en waterstof. |
| Schijnbare dichtheid | 40-60% voor een goede poederdoorstroming en verpakkingsdichtheid. |
Zeer zuivere, sferische poeders met een gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling en morfologie zijn nodig voor onderdelen met een hoge dichtheid en kwaliteit door SLM. Poeders die aan deze criteria voldoen, zorgen voor een soepele hercoating tijdens het lagengewijze bouwproces.
SLM Post-Processing Stappen
Hoewel SLM bijna netvormige onderdelen produceert, is er meestal enige nabewerking nodig:
| Methode | Doel |
|---|---|
| Poeder verwijderen | Verwijder los poeder uit de interne holtes. |
| Ondersteuning verwijderen | Snijd de steunstructuren weg die werden gebruikt om het onderdeel te verankeren. |
| Oppervlakteafwerking | Ruwheid verminderen door middel van parelstralen, CNC-bewerking, polijsten, enz. |
| Hittebehandeling | Ontlast spanningen en bereik de gewenste mechanische eigenschappen. |
| Heet isostatisch persen | Sluit resterende porositeit, homogeniseer structuur. |
Nabewerking via meerassige CNC-bewerking, slijpen, polijsten, etsen en andere methoden voor oppervlakteafwerking helpen om de kritische afmetingen, gladde oppervlakteafwerking en esthetiek te bereiken die vereist zijn voor de uiteindelijke toepassing.
Kostenanalyse van SLM printen
| Kostenfactor | Typisch bereik |
|---|---|
| Machineprijs | $100.000 tot $1.000.000+ |
| Materiaalprijs | $100 tot $500 per kg |
| Bedrijfskosten | $50 tot $500 per bouwuur |
| Werk | Machinebediening, nabewerking |
| Recycling van poeder | Kan de materiaalkosten aanzienlijk verlagen |
De belangrijkste kosten van SLM printen komen voort uit de initiële aanschaf van het systeem, materialen, machinegebruik en arbeid. Grotere productieruns bieden schaalvoordelen. Recycling van ongebruikt poeder beperkt de materiaalkosten.
Een SLM 3D-printer kiezen
| Overwegingen | Begeleiding |
|---|---|
| Printer modellen | Vergelijk bouwvolume, materialen, nauwkeurigheid, snelheidsspecificaties. |
| Fabrikant Reputatie | Onderzoek ervaring, klantbeoordelingen en casestudies. |
| Service en ondersteuning | Denk aan training, onderhoudscontracten, reactiesnelheid. |
| Software Mogelijkheden | Beoordeel gebruiksgemak, flexibiliteit en functies. |
| Productie | Stem productievolumes en doorlooptijdbehoeften op elkaar af. |
| Kwaliteitsprocedures | Herhaalbaarheid, kwaliteitsborgingsstappen en onderdeelvalidatie beoordelen. |
| Aangeboden nabewerking | Beschikbaarheid van heet isostatisch persen, oppervlaktebehandeling, enz. |
Toonaangevende fabrikanten van SLM-systemen zijn EOS, 3D Systems, SLM Solutions, Renishaw en AMCM. Beoordeel bij het kiezen van een leverancier de machinespecificaties, de reputatie van de fabrikant, de kwaliteitsprocedures, de diensten en de kosten.
Voor- en nadelen van SLM printen
| Voordelen | Nadelen |
|---|---|
| Complexe geometrieën die andere methoden te boven gaan | Kleine bouwvolumes beperken onderdeelgrootte |
| Snelle ontwerpiteraties | Langzaam proces voor massaproductie |
| Geconsolideerde lichtgewicht componenten | Hoge machine- en materiaalkosten |
| Uitzonderlijke mechanische eigenschappen | Beperkte materiaalopties |
| Minder afval | Kan ondersteunende structuren nodig hebben |
| Just-in-time productie | Vaak is nabewerking nodig |
SLM 3D printen biedt ongekende ontwerpvrijheid, onderdeelconsolidatie, lichtgewicht sterkte en aanpassingsmogelijkheden. Nadelen zijn de systeemkosten, lage snelheden, beperkte afmetingen en materiaalbeperkingen.
FAQ
Hier vindt u antwoorden op een aantal veelgestelde vragen over selectieve lasersmelttechnologie:
Welke materialen kun je printen met SLM?
SLM is geschikt voor reactieve metalen en metalen met hoge sterkte, zoals roestvast staal, aluminium, titanium, kobalt-chroom, nikkellegeringen en meer. Elk systeem is ontworpen voor specifieke materiaalcapaciteiten.
Hoe nauwkeurig is SLM printen?
SLM biedt nauwkeurigheden van ongeveer ±0,1-0,2% met oppervlaktekwaliteiten van 25-35 μm Ra, afhankelijk van het materiaal, de parameters en de productgeometrie. De resolutie is zo fijn als 30 μm.
Hoe sterk zijn SLM-geprinte onderdelen?
SLM produceert meer dan 99% dichte metalen onderdelen met materiaalsterkten die vergelijkbaar of beter zijn dan conventionele productiemethoden voor metalen.
Wat zijn enkele voorbeeldonderdelen die door SLM worden gemaakt?
SLM wordt veel gebruikt in de ruimtevaart, de medische, tandheelkundige, auto- en andere industrieën voor bijvoorbeeld turbinebladen, implantaten, spuitgietmatrijzen en lichtgewicht beugels.
Welk formaat onderdelen kan SLM printen?
Typische SLM bouwvolumes variëren van 100-500 mm x 100-500 mm x 100-500 mm. Er bestaan grotere systemen voor grotere onderdelen. De grootte wordt beperkt door de kamer en de vereiste ondersteuningen.
Hoe lang duurt SLM printen?
De bouwtijden variëren van uren tot een paar dagen, afhankelijk van factoren zoals de grootte van het onderdeel, de laagdikte en het aantal onderdelen dat in het platform is verpakt. SLM print metaal met een snelheid van 5-100 cm3/uur.
Heeft SLM ondersteuning nodig?
Tijdens het SLM printen zijn vaak minimale ondersteunende structuren nodig. Ze fungeren als ankers en thermische geleiders om vervorming tijdens het bouwen te voorkomen. Na het printen worden de ondersteuningen verwijderd.
Welke temperaturen bereikt SLM?
De gelokaliseerde laser in SLM kan kortstondig tot 10.000 °C bereiken bij de smeltpool, waarna hij snel afkoelt om gestold metaal te vormen. De kamer werkt onder 100 °C.
Waarin verschilt SLM van ander 3D printen?
SLM gebruikt een laser om metaalpoeder volledig te smelten tot dichte, functionele onderdelen. Bij ander metaal 3D printen zoals binder jetting worden lijmen en sinteren gebruikt die poreuzere resultaten opleveren.
Wat zijn de belangrijkste stappen in het SLM-proces?
- CAD-model wordt digitaal in lagen gesneden
- Poeder wordt over het bouwplatform gerold
- Laser scant elke laag door poederdeeltjes te smelten
- Stap 2-3 herhalen tot het onderdeel compleet is
- Nabewerking zoals steunen verwijderen en oppervlakteafwerking
Welk poeder wordt gebruikt in SLM?
SLM gebruikt fijne metaalpoeders van 10-45 μm met een sferische morfologie en een gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling. Gebruikelijke materialen zijn roestvrij staal, titanium, aluminium, nikkellegeringen en meer.
Welke industrieën gebruiken SLM-printen?
De ruimtevaart-, medische, tandheelkundige, automobiel-, gereedschaps- en juwelenindustrie maken gebruik van SLM-technologie vanwege de mogelijkheid om complexe, aanpasbare metalen onderdelen met hoge precisie en sterkte te produceren.
Hoe duur is SLM printen?
SLM heeft hoge systeemkosten van $100.000 - $1.000.000+. Materialen zijn $50-500/kg. Schaalvoordelen treden op bij grotere productievolumes. Bedrijfskosten variëren van $50-500/uur.
Welke veiligheidsmaatregelen zijn nodig bij SLM?
SLM brengt lasergevaren, hete oppervlakken, reactieve fijne metaalpoeders en mogelijke emissies met zich mee. Er moet gebruik worden gemaakt van de juiste laserveiligheid, ventilatie met inert gas en persoonlijke beschermingsmiddelen.
Conclusie
SLM additive manufacturing biedt buitengewone mogelijkheden voor de productie van dichte, robuuste metalen onderdelen met een structurele integriteit die vergelijkbaar is met die van machinaal bewerkte onderdelen. Het vergroot de ontwerpvrijheid, complexiteit, maatwerk, lichtgewicht en consolidatiemogelijkheden ten opzichte van traditionele fabricagemethoden. Het proces gaat echter gepaard met aanzienlijke systeemkosten en lage bouwsnelheden.
Dankzij de voortdurende vooruitgang op het gebied van materialen, kwaliteit, bouwgrootte, nauwkeurigheid, software en parameters wordt SLM steeds meer gebruikt voor productietoepassingen in de luchtvaart, de medische sector, de tandheelkundige sector, de auto-industrie en andere sectoren. Door de voordelen van SLM te benutten en tegelijkertijd rekening te houden met de beperkingen, kunnen fabrikanten SLM inzetten voor concurrentievoordelen.
