SLM-additieve productie

Inhoudsopgave

SLM-additieve productie

Additive manufacturing, ook bekend als 3D-printen, is een transformatieve manier om onderdelen en producten te maken. Een van de meest gebruikte additive manufacturing technieken is selectief lasersmelten (SLM). SLM is een poederbedfusiemethode waarbij een krachtige laser wordt gebruikt om materiaalpoeder selectief samen te smelten om onderdelen laag voor laag op te bouwen.

Met SLM kunnen complexe geometrieën met ingewikkelde interne kenmerken direct vanuit 3D CAD-gegevens worden gemaakt. Het minimaliseert ook materiaalverspilling en biedt ontwerpflexibiliteit die bij traditionele productie niet mogelijk is. SLM vereist echter gespecialiseerde apparatuur, geoptimaliseerde bewerkingsparameters en inzicht in materiaaleigenschappen.

Deze uitgebreide gids behandelt alles wat u moet weten over selectieve lasersmelt additive manufacturing. Er wordt uitleg gegeven over de technologie, de typische materialen die worden gebruikt, toepassingen, voordelen vs. beperkingen, specificaties, leveranciers, kosten, vergelijkingen met andere 3D printmethodes en nog veel meer. Lees verder om een SLM expert te worden!

Hoe SLM 3D-printen werkt

SLM gebruikt een gefocuste laserstraal om metaalpoeder te smelten en samen te smelten. Onderdelen worden laag voor laag additief opgebouwd op basis van 3D CAD modelgegevens. Dit zijn de belangrijkste aspecten van het SLM proces:

Overzicht SLM additief productieproces

Processtap Beschrijving
Voorbereiding van 3D-modellen Het CAD-model wordt omgezet in dunne 2D segmenten die gebruikt worden om het traject van het lasersmelten te sturen. Er kunnen ondersteunende structuren worden toegevoegd voor overhangen.
Poeder strooien Een overspuitmechanisme verspreidt een laag metaalpoeder gelijkmatig over het bouwplatform.
Laser smelten Een gefocuste krachtige laser smelt selectief poeder op basis van elke 2D plak, waardoor de deeltjes samensmelten tot een vaste stof.
Onderbouw platform Nadat een laag is aangebracht, zakt het bouwplatform naar beneden en wordt er nieuw poeder overheen gestrooid.
Herhaal stappen De stappen poeder strooien, laser smelten en zakken worden herhaald tot het onderdeel compleet is.
Nabewerking Het onderdeel wordt van overtollig poeder ontdaan, waarna het mogelijk nog steunen moet verwijderen, schoonmaken, warmtebehandelingen, oppervlakteafwerking, inspectie, enz.

De gelaagde aanpak maakt het mogelijk om complexe, organische vormen te creëren met ingewikkelde interne holtes en tunnels die niet gemaakt kunnen worden met traditionele methoden zoals gieten of machinaal bewerken uit massieve blokken.

SLM wordt ook wel aangeduid met vergelijkbare namen als selectief lasersinteren (SLS), direct metal laser sintering (DMLS) en poederbedfusie (PBF). De kernaspecten van deze poedergebaseerde processen zijn in essentie identiek met kleine verschillen in de apparatuur.

SLM-materialen

Een breed scala aan metalen, legeringen en keramiek kan worden verwerkt met SLM additive manufacturing technologie. De meest gebruikte zijn roestvrij staal, kobaltchroom, titanium, aluminium en op nikkel gebaseerde superlegeringen. De materiaalopties blijven zich uitbreiden naarmate de technologie zich verder ontwikkelt.

Gebruikelijke SLM materialen en toepassingen

Materiaal Toepassingen
Roestvrij staal (316L, 17-4PH) Goedkope prototypes, functionele metalen onderdelen zoals kleppen, pompbehuizingen
Titaanlegeringen (Ti-6Al-4V) Ruimtevaartonderdelen, medische implantaten, auto-onderdelen
Kobaltchroom (CoCr) Tandheelkundige kronen en bruggen, orthopedische knie-/heupimplantaten
Aluminiumlegeringen (AlSi10Mg) Lichtgewicht drones, luchtvaartbeugels, autoprototypes
Inconel (IN625, IN718) Turboladers, verbrandingskamers, ruimtevaartmotoren
Gereedschapsstaal (H13, Maragingstaal) Spuitgietmatrijzen, vormmatrijzen, gereedschapsopstellingen

De populairste optie is 316L roestvrij staal poeder vanwege de sterkte, corrosiebestendigheid, hoogwaardige afwerking en lagere kosten in vergelijking met exotische legeringen.

Materialen voor SLM ondergaan een strenge kwaliteitscontrole met sferische poederdeeltjes met een gemiddelde diameter van 15-100 micron. Fijnere poeders verbeteren de resolutie, terwijl grovere poeders sneller bouwen, maar met een lagere nauwkeurigheid.

SLM-applicaties

SLM wordt gewaardeerd voor prototypes, op maat gemaakte gereedschappen en de productie in kleine series van complexe, hoogwaardige metalen onderdelen met verbeterde mechanische eigenschappen. Dit zijn enkele van de belangrijkste toepassingen in de belangrijkste industrieën:

Toepassingsgebieden van SLM Additive Manufacturing

Industrie Algemene SLM-toepassingen
Lucht- en ruimtevaart Turbinebladen, brandstofinjectoren, warmtewisselaars, structurele steunen, satellietantennes
Medisch Gepersonaliseerde implantaten (heup, knie, enz.), chirurgische instrumenten, orthodontische apparatuur
Automobiel Prestatiegerichte autoprototypes, aangepaste steunen, lichtgewicht ophangingsarmen
Industrieel Conformal cooling mallen & matrijzen, mallen, klemmen voor assemblage & inspectie
Olie gas Aangepaste kleppen, pompen, afdichtingen, boorapparatuur voor hoge druk
Verdediging Drones, aanpassing handvuurwapens, onderdelen voor voertuigen en kogelvrije vesten

De mogelijkheid om assemblages te consolideren tot enkelvoudige onderdelen, ontwerpen snel aan te passen en doorlooptijden te verkorten van maanden tot dagen in vergelijking met traditionele productiemethoden, ligt ten grondslag aan het groeiende gebruik van SLM voor productietoepassingen in deze industrieën.

SLM-printerfabrikanten

Veel bedrijven produceren SLM-apparatuur die ook wel 3D-printers worden genoemd. De belangrijkste spelers op het gebied van industriële professionele metalen 3D printers zijn:

Toonaangevende leveranciers van SLM-machines

Bedrijf Details
EOS Opgerichte SLM-technologie, brede materiaalopties zoals EOS Titanium Ti64, uitgebreid gebruik in de ruimtevaart
3D-systemen Brede productlijn van desktopprinters tot industriële printers
GE-additief Toonaangevende leverancier in de VS, opties voor bindmiddelstralen en laserpoederbedden
Renishaw Zeer nauwkeurige optiek voor microtoepassingen, uitgebreide materiaaltests
SLM-oplossingen Betrouwbare werkpaardmachines met automatische poederverwerking
Trumpf Robuust Duits technisch erfgoed gecombineerd met lasers
Velo3D Nieuwe ondersteuningsvrije benadering maakt nieuwe geometrieën mogelijk

De initiële kosten voor een industriële SLM machine lopen van $150.000 tot meer dan $1 miljoen, maar het is belangrijk om het juiste systeem te kiezen op basis van de beschikbare ruimte, materiaalbehoefte, nauwkeurigheidseisen en budgetoverwegingen. Toonaangevende fabrikanten bieden verschillende bouwgroottes, configuraties met meerdere lasers voor snelheid, gespecialiseerde parameters voor kwaliteit en herhaalbaarheid met verschillende legeringen, niveaus van softwareautomatisering en nog veel meer.

SLM Materiaal Eigenschappen

Onderdelen die geprint zijn op SLM-machines hebben unieke eigenschappen in vergelijking met traditionele giet- en bewerkingsmethoden vanwege de gelaagde productie en snelle stolling.

Vergelijking mechanische eigenschappen - SLM vs. traditionele productie

Eigendom SLM Additieve Mfg Traditionele vervaardiging
Dikte Bijna 100% dicht 99% van gegoten/gesmeed
Oppervlakteafwerking Lagen zichtbaar, Ra 6-14 μm Gladder oppervlak
Treksterkte Gewoonlijk 10-20% hoger Lagere sterkte
Verlenging bij breuk Afgenomen door 5-15% Hogere rek
Hardheid Verbeterd tot 2X voor sommige legeringen Lagere hardheid

De hoge koelsnelheden van het SLM-proces, meer dan 106 °C/s, creëren fijnere microstructuren met metastabiele fasen. Dit zorgt voor een maximale dichtheid bij poederconsolidatie en uitstekende mechanische eigenschappen zoals een hogere rekgrens en treksterkte. De rek is meestal lager bij SLM-onderdelen omdat de hoge hardheid en de aanwezigheid van interne spanningen de vervormbaarheid beperken.

De juiste warmtebehandelingen en heet isostatisch persen (HIP) kunnen interne spanningen wegnemen en de fysieke eigenschappen verder optimaliseren terwijl de consistentie verbetert. Over het geheel genomen kan SLM een dichtheid van meer dan 99,5% bereiken om functionele metalen onderdelen te maken die in wezen identiek zijn aan traditionele productie.

SLM vs Ander 3D printen

Vergelijking van SLM met andere additieve productiemethoden

SLM Binder jetting FDM SLA
Materialen Metalen Metalen, zandmallen Kunststoffen Harsen
Ruwe invoer Poeder bed Poeder bed Filament op rol Vat met vloeibare hars
Proces Laser versmelt poeder Bindmiddel lijmen poeder Filament verwarmd en geëxtrudeerd Laseruithardt harslagen
Belangrijkste eigenschap Hoge dichtheid Goedkope metalen mallen Thermoplasten Gladde oppervlakteafwerking
Sterke punten Complexe metalen onderdelen Snel zandgietkernen/mallen Functionele prototypes Gladde oppervlakteafwerking
Zwakke punten Lagere snelheid Bros lage dichtheid Zwakke mechanica Beperkte materiaalopties

SLM onderscheidt zich van andere poederbedfusiemethoden zoals elektronenstraalsmelting (EBM) door de hogere scansnelheden om onderdelen te maken met lagere restspanningen en een hogere resolutie. SLM produceert volledig dichte functionele metalen onderdelen, terwijl bindmiddelstraal 3D printen snelheid biedt maar meer nabewerking vereist. FDM- en SLA-systemen hebben een grote achterstand op SLM- en EBM-apparatuur wat betreft beschikbare materiaalsterkte.

SLM Specificaties

3D printers die gebruik maken van selectieve lasersmelttechnologie worden gespecificeerd door een aantal belangrijke parameters die de materialen, precisie en onderdeelafmetingen bepalen die geproduceerd kunnen worden.

Belangrijkste specificaties SLM-machine

Parameter Typisch bereik Beschrijving
Laserkracht 200-500W Hoger vermogen verbetert de bouwsnelheid, maar verlaagt de resolutie van fijne kenmerken
Laagdikte 20-100 µm Dunnere lagen verbeteren details maar verlengen bouwtijden
Straalgrootte 50-80 μm Scherpstelpuntgrootte beïnvloedt de fijnheid van details en smeltbadcontrole
Bouwvolume op Kubussen van 100-500 mm Maximale onderdeelafmetingen die het systeem kan produceren
Inert gas Stikstof of argon Beschermt tegen oxidatie; argon zorgt voor betere materiaaleigenschappen
Scansnelheid Tot 10 m/s Sneller scannen verlengt productietijden

Deze belangrijkste machineparameters plus factoren zoals ingebouwde verwarming voor het voorverwarmen van poeder en het regelen van de koelsnelheden maken het mogelijk om de mechanische eigenschappen af te stellen. De inerte gaskameromgeving voorkomt ook oxidatie terwijl de lasers duizenden keren per onderdeel over het metalen poederbed razen.

Nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking

De dimensionale nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking van as-geprinte SLM onderdelen vallen binnen een relatief breed specificatiebereik, afhankelijk van de gekozen parameters, de complexiteit van de geometrie, de nabewerking en de techniek van de operator.

SLM-nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking

Metrisch Bereik Beschrijving
Dimensionale nauwkeurigheid ± 0,1-0,3% met ±50 μm typisch Maat voor verschil tussen CAD en gebouwd onderdeel
Minimale wanddikte 0,3-0,5 mm Dunste functies die kunnen worden geprint
Oppervlakteruwheid (Ra) 6-14 μm Hogere ruwheid dan bewerkte onderdelen
Porositeit <1% dichtheid Bijna volledig dichte onderdelen onder optimale parameters
Resterende spanningen 50-500 MPa Moet worden verlicht door warmtebehandeling

De juiste oriëntatie, ondersteuningsstructuren, voorverwarming van de bouwplaat, geoptimaliseerde scanstrategieën en nabewerkingsstappen zoals CNC-bewerking en polijsten kunnen de afwerking verbeteren. De maatnauwkeurigheid is ook sterk afhankelijk van goed gekalibreerde apparatuur.

Vereisten voor naverwerking

Nadat het SLM-systeem de fabricage van een onderdeel heeft voltooid, is meestal nog een nabewerking nodig voordat de onderdelen in gebruik worden genomen. Deze stappen kunnen bestaan uit:

  • Onderdelen uit de poederkoek verwijderen
  • Ondersteunende structuren elimineren
  • Stressverlichtende warmtebehandelingen
  • Heet isostatisch persen (HIP)
  • Oppervlakteslijpen, zandstralen, parelstralen, polijsten
  • Niet-destructieve inspectie

Nabewerking heeft als doel de oppervlakteruwheid te verminderen, restspanningen te verlichten, eventuele microporositeiten te dichten en de maatnauwkeurigheid en esthetiek te verbeteren.

Specifieke procedures worden bepaald door het materiaaltype, de productie (prototype vs. functioneel onderdeel), de prestatievereisten en de benodigde kritieke toleranties.

Kostenanalyse

Het bepalen van de return on investment voor het verwerven en exploiteren van in-house SLM additive manufacturing capaciteit hangt af van veel variabelen.

Overwegingen voor SLM-kosten

Kostenfactor Beschrijving
Machine-uitrusting $150k - $1M+ afhankelijk van bouwvolume, opties voor meerdere lasers, extra mogelijkheden zoals geautomatiseerde poederverwerking en -terugwinning
Facilitaire vereisten Behandelingssysteem voor inert gas, ontluchtingsfilters, explosieveilig ontwerp, temperatuur-/vochtigheidsregeling
Installatie en training 2 weken voor instellen machine, kalibratie, software-instructie
Werk Machinebewerking minder intensief dan CNC-bewerking, maar operators blijven nodig; CAM-expert aanbevolen
Materialen $100-500 per kg poeder; recyclebaarheid varieert; geoptimaliseerde parameters per legering
Nabewerking Arbeid, gereedschap, uitbestede warmtebehandeling, oppervlaktebehandeling
Software $10k-$25k reeks voor voorbewerking, simulatie, apps voor bewaking op afstand
R&D-interventies Testen van parameters voor nieuwe onderdelen met behulp van het Agile-proces dat essentieel is voor kwalificatie
Ordervolume Kleine/middelgrote batches ideaal vs. grote volumes gieten/vormen

Weeg de totale bedrijfskosten af tegen waardefactoren zoals:

- Ontwerpvrijheid voor gewichtsvermindering, aanpassing, consolidatie van onderdelen

- Doorlooptijd verkort van maanden naar dagen/uren

- Vereenvoudiging van de toeleveringsketen met productie op aanvraag

- Prestatieverbeteringen zoals verhoogde sterkte en hardheid

- Duurzame productie met minimaal afval vs subtractieve methoden

- Langere levensduur van hoogwaardige onderdelen zoals luchtvaart en medische apparatuur

Het kwantificeren van productiviteits- en innovatievoordelen is cruciaal. Met de nodige ervaring kunnen de totale kosten per onderdeel dat via SLM wordt geproduceerd gelijk zijn aan CNC-verspaning voor productieruns van lagere volumes.

Industriestandaarden

Omdat het een relatief nieuwe technologie is, wordt er nog steeds gewerkt aan de invoering van industriebrede specificaties, codes en standaarden voor SLM additive manufacturing.

SLM standaardisatielandschap

Normalisatie-instelling Toepassingsgebied Specifieke normen
ASTM F42 Additieve productieprocessen Testmethoden, terminologie, procesparameters, omgevingen, materialen, gezondheid en veiligheid
Amerika maakt Standaarden voor additieve productie Routekaart voor AM-standaarden die materialen, processen en gegevensformaten voor defensie, luchtvaart, ruimtevaart en maritiem omvatten
ISO TC 261 AM-normen 17 gepubliceerd, 46 in ontwikkeling over terminologie, processen, workflows, QA, omgevingen, veiligheid
ASME Conformiteitsbeoordeling Programma voor AM-onderdeelkwalificatie; certificeert AM-processen voor naleving van codes

Certificering volgens deze standaarden garandeert herhaalbaarheid en betrouwbaarheid bij het contracteren van AM onderdelen in de toeleveringsketen. Naleving maakt ook een bredere toepassing mogelijk in gereguleerde sectoren zoals de luchtvaart en medische apparatuur.

Casestudies

Talloze bedrijven maken gebruik van de ontwerpvrijheid en snelle doorlooptijden van SLM voor lichtere, sterkere componenten in industrieën van ruimtevaartraketten tot Formule 1-auto's.

Toepassingsvoorbeelden van SLM Additive Manufacturing

Industrie Bedrijf Deel Voordelen
Lucht- en ruimtevaart SpaceX SuperDraco Motorkamer 75% kostenreductie, geleverd in dagen vs maanden
Luchtvaart Boeing 777X Beugels Geconsolideerde assemblages, 60% lichter gewicht
Automobiel Bugatti Remklauw Verminderde massa door 40%, geoptimaliseerde vloeistofstroom
Medisch Zimmer Biomet Spinale implantaten Aangepaste vormen passen bij de anatomie, osteoconductieve structuren om botingroei te bevorderen

Deze toepassingen laten zien dat SLM-onderdelen de traditionele productiebeperkingen overtreffen. Naarmate meer bedrijven overgaan op AM-technologieën, blijven de innovatiemogelijkheden toenemen.

SLM Additive Manufacturing - FAQ's

Veelgestelde vragen over SLM

Vraag Antwoord
Hoe werkt SLM printen? SLM bouwt onderdelen laag voor laag op uit metaalpoeder met behulp van een laserstraal om materiaal selectief te smelten en samen te smelten op basis van CAD-gegevens.
Welke materialen zijn beschikbaar? De meest populaire zijn 316L en 17-4 roestvrij staal, titanium Ti64-legering, kobaltchroom, aluminium AlSi10Mg, gereedschapsstaal, nikkelsuperlegeringen
Wat zijn enkele belangrijke voordelen ten opzichte van machinale bewerking? Ontwerpvrijheid voor lichtgewicht constructies, maatwerk, consolidatie van onderdelen; snellere doorlooptijden; minder afval; betere mechanische eigenschappen
Wat bepaalt de oppervlakteafwerking? Laagresolutie, bouwparameters, oriëntatie, nabewerkingsstappen zoals parelstralen
Welke nauwkeurigheid kan SLM bereiken? ±0,1-0,3% maatnauwkeurigheid is typisch voor de meeste toepassingen, met minimale wanddiktes rond 0,3-0,5 mm
Vereist het SLM-proces ondersteuning? Steunconstructies zijn vereist voor aanzienlijke overstekken, afhankelijk van oriëntaties en geometrieën
Welke nabewerking is vereist? Stappen kunnen bestaan uit het verwijderen van steunen, spanningsverlaging, heet isostatisch persen, oppervlakteafwerking zoals slijpen of polijsten.
Voor welke toepassingen is SLM geschikt? Snelle prototypes, klantspecifieke gereedschappen zoals mallen en klemmen, en direct metalen eindproducten voor de luchtvaart-, medische, tandheelkundige en auto-industrie.
Hoe is de kwaliteit in vergelijking met traditionele productie? Met geoptimaliseerde parameters evenaren of overtreffen >99% dichte SLM onderdelen mechanische eigenschappen en levensduur
Hoe moet design worden aangepast voor SLM? Conforme kanalen, roosters, topologie-optimalisatie zijn allemaal uniek geschikt voor AM. Richtlijnen helpen om onderdelen aan te passen.

Deze FAQ geeft een overzicht van de antwoorden op de meest gestelde vragen over selectieve laser melting additive manufacturing. SLM ontsluit nieuwe prestatiemaatstaven dankzij totale ontwerpvrijheid.

De toekomst van SLM

Het gebruik van SLM blijft toenemen naarmate meer industrieën de grenzen van additive manufacturing verleggen. Vooruitgang op het gebied van apparatuur, software, materialen en kwaliteitsprocessen zorgt voor steeds meer toepassingen.

Verwacht een bredere beschikbaarheid van gespecialiseerde multi-legering machines en bewerkingsparameters van toonaangevende printerfabrikanten. Hybride systemen met aanvullende processen zoals frezen, boren en inspecteren zijn ook in opkomst voor geïntegreerde productie. Geautomatiseerde poederverwijdering en -terugwinning zullen de kosten verlagen.

Real-time monitoring zal nog strengere procescontroles en gesloten-lus kwaliteitsborging mogelijk maken. Algoritmen voor machinaal leren kunnen de prestaties van gebouwen optimaliseren. Naarmate er meer standaarden komen rond best practices, zullen gebruikers ook meer voorspelbaarheid krijgen.

Delen op

Facebook
Twitteren
LinkedIn
WhatsAppen
E-mail
metalen 3dp-logo klein

MET3DP Technology Co, LTD is een toonaangevende leverancier van additieve productieoplossingen met hoofdkantoor in Qingdao, China. Ons bedrijf is gespecialiseerd in 3D printapparatuur en hoogwaardige metaalpoeders voor industriële toepassingen.

Onderzoek om de beste prijs en een op maat gemaakte oplossing voor uw bedrijf te krijgen!

gerelateerde artikelen

Over Met3DP

Video afspelen

Recente update

Ons product

Koop Metal3DP's
Productbrochure

Ontvang de nieuwste producten en prijslijst