Comprendere la tecnologia di sinterizzazione laser del metallo diretto

La parte diretta del laser Sintering (DMLS) è un processo avanzato di produzione additiva di fusione del letto di polvere che utilizza un laser ad alta potenza per fondere lo strato di polveri metalliche per strato in parti solide e completamente dense.

La DMLS è distinta dalla fusione laser selettiva (SLM), anche se i termini sono talvolta utilizzati in modo intercambiabile. In DMLS, la polvere è sinterizzata — le particelle vengono fuse insieme senza fonderle completamente — con conseguente parti che possono avere una porosità leggermente superiore.

La tecnologia è ampiamente adottata in settori aerospaziale, medicale, automobilistico e utensili. In aerospaziale, DMLS consente staffe leggere e ugelli di carburante ottimizzati. In medicina, produce impianti personalizzati e guide chirurgiche. Le piccole e grandi strutture di produzione devono scegliere attrezzature che corrispondono alle loro esigenze di produttività, precisione e materiali.

Migliore attrezzatura DMLS per la produzione di piccole dimensioni

Ambienti di produzione su piccola scala, come laboratori di ricerca, negozi di lavoro, centri di prototipazione e produttori di piccole dimensioni, hanno bisogno di macchine compatte, convenienti e versatili, che offrono volumi di costruzione sotto 10 litri, configurazioni monolaser e una manipolazione semplificata delle polveri, consentendo agli utenti di iterare rapidamente i progetti senza dover inserire costosi macchinari per capitale per settimane.

EOS M 100

Il sistema di misurazione compatto di riferimento DMLS è progettato per applicazioni ad alta precisione. La sua piattaforma di costruzione rotonda di diametro 100 mm e l'altezza di 95 mm forniscono abbastanza spazio per i restauri dentali, i gioielli, i piccoli strumenti medici e i prototipi R&D. La macchina utilizza un laser a fibra da 200 W con un diametro di messa a fuoco di circa 50 μm, consentendo una risoluzione di funzionalità eccellente.

SLM 125 HL

Il SLM 125 HL[ di SLM Solutions offre un volume di costruzione leggermente più grande di 125 x 125 mm, con un singolo laser da 400 W. È noto per il suo robusto meccanismo di rivestimento e di rivestimento in polvere, producendo strati coerenti anche con polveri difficili come leghe di titanio. Il sistema supporta un'ampia gamma di materiali, compresi gli acciai inossidabili, leghe in alluminio cobale, Inconbal

Sistemi 3D DMP Flex 350

Il DMP Flex 350] di 3D Systems combina un volume di costruzione 275 x 275 x 330 mm con un singolo laser da 500 W. Nonostante sia leggermente più grande delle macchine tipiche di piccola scala, il suo design modulare e il modulo di polvere a rapido cambiamento lo rendono adatto per negozi di lavoro che hanno bisogno di cambiare spesso la polvere.

Considerazioni aggiuntive per i sistemi di piccole dimensioni

Quando si valutano le macchine compatte DMLS, si presti attenzione alla facilità d'uso, all'integrazione software e ai requisiti di post-elaborazione. I sistemi più piccoli hanno spesso strumenti di generazione e nidificazione integrati che semplificano il flusso di lavoro per i non specialisti. Inoltre tendono a richiedere meno formazione dell'operatore. Tuttavia, i tassi di costruzione sono più lenti — tipicamente 5-15 cm3 all'ora — quindi non sono adatti alla produzione ad alto volume.

Migliore attrezzature DMLS per la produzione di grande scala

I sistemi DMLS di grandi dimensioni richiedono grandi volumi di costruzione, laser multipli e automazione integrata per il funzionamento continuo. Queste macchine sono progettate per la produzione seriale di parti medie-grandi o per la produzione ad alta produttività di parti più piccole in nidi densi.

EOS M 290

Il modello EOS M 290 è uno dei sistemi DMLS più diffusi nella produzione industriale. Offre un volume di costruzione 250 x 250 x 325 mm con un singolo laser da 400 W (opzionale aggiornamento di anomalie da 1 kW). Il M 290 è noto per la sua affidabilità e ripetibilità, rendendolo un cavalletto di lavoro per produttori di impianti aerospaziali e medici.

Soluzioni SLM 800

Il sistema di monitoraggio a lungo termine di Fortu 800 è un sistema ad alta produttività con un volume di costruzione di 280 x 280 x 365 mm e fino a quattro laser da 700 W che operano in parallelo. La configurazione a quad-laser riduce drasticamente i tempi di costruzione per grandi parti o per alte parti, raggiungendo i throughput di 30–50 cm3 all'ora.

Tromba TruLaser Cell 8030

Trumpf TruLaser Cell 8030] si avvicina modulare, combinando la fusione laser con celle di automazione opzionali per la movimentazione delle polveri, la rimozione dei componenti e la post-elaborazione. Il volume di costruzione è fino a 300 x 400 mm, e il sistema può essere dotato di uno o due laser da 1 kW.

Ulteriori sistemi e tendenze di grande scala

Altre macchine DMLS di grande scala sono le EOS M 400-4 (400 x 400 x 400 mm con quattro laser) e 3D Systems DMP Factory 500 (500 x 500 x 500 mm con doppio laser)].

Fattori da considerare quando si sceglie l'attrezzatura DMLS

La scelta del sistema DMLS giusto richiede il bilanciamento delle specifiche tecniche con gli obiettivi aziendali, e di seguito si distinguono le considerazioni chiave in categorie attuabili.

Costruisci volume e busta in parte

Per la produzione su piccola scala, un cubo di 125 mm può bastare, ma se si prevede di crescere in parti più grandi, prendere in considerazione un sistema modulare che permette l'espansione futura. I sistemi su larga scala hanno spesso camere di costruzione rettangolari che ospitano parti più alte; controllare l'altezza di z-asse se si desidera produrre componenti simili a colonne.

Potenza laser e numero di laser

L'elevata potenza laser riduce il tempo di costruzione e migliora la densità, soprattutto per materiali ad alta riflessione come rame e alluminio. I sistemi monolaser sono più semplici e più bassi ma più lenti. I sistemi multilaser (2, 4 o 8 laser) possono dividere la piattaforma di costruzione in zone, consentendo la scansione parallela. Tuttavia, la coordinazione inter-laser e le zone sovrapposte possono causare differenze microstrutturali.

Compatibilità dei materiali

Non tutte le macchine DMLS supportano le stesse leghe. Alcune sono ottimizzate per polveri reattive (titanio, alluminio) e includono ricircolo del gas inerte e glovebox sigillati. Altri sono progettati per superalloys nichelati e acciai per utensili. Controllare l'elenco dei materiali del produttore e la disponibilità dei parametri. Se si prevede di utilizzare leghe proprietarie o personalizzate, cercare macchine con set di parametri aperti.

Costo e bilancio

Le macchine DMLS vanno da 150.000 dollari per piccoli sistemi a oltre 1,5 milioni di dollari per grandi installazioni multilaser. Fattore non solo il prezzo di acquisto ma anche l'installazione, la formazione, i contratti di manutenzione e i materiali di consumo (moduli di laser, recoattori, filtri). I costi operativi includono il consumo di argon o azoto, il consumo di polvere (comprese le perdite di lavoro inutilizzabili) e l'elettricità.

Velocità di produzione e produttività

La velocità è una funzione di potenza laser, strategia di scansione, spessore dello strato e geometria della parte. Gli strati di spessore (50–60 μm) costruiscono una risoluzione dei dettagli più veloce ma sacrificale. I sistemi multi-laser tagliano il tempo di costruzione per parte ma aggiungono la complessità. Per la produzione ad alto volume, considerano le macchine con manipolazione automatica della polvere e lo scambio di piattaforme rapido-costruttivo. Alcuni sistemi permettono una nuova costruzione per iniziare entro i minuti della precedente finitura, riducendo al minimo il tempo non-stampa.

Requisiti di post-processing

Le parti DMLS richiedono quasi sempre la rimozione del supporto, il trattamento termico di stress-rilievo e la finitura superficiale. Le macchine con facile accesso alla camera di costruzione e il recupero integrato della polvere riducono il tempo di manipolazione. Alcuni sistemi offrono il trattamento termico in-situ o la compatibilità di pressatura isostatica calda (HIP), ma questi sono componenti aggiuntivi.

Software e connettività

Cercare sistemi che supportano le importazioni di file STL, STEP e 3MF, offrono nidificazione e generazione di supporto nello stesso ambiente, e forniscono strumenti di simulazione per la previsione della distorsione.Gli standard di connettività come OPC UA o MTConnect consentono l'integrazione con sistemi di gestione della fabbrica per il monitoraggio della produzione e la segnalazione della qualità.

Servizio e supporto

Le macchine DMLS sono attrezzature di capitale complesse. Valutare la rete di assistenza del produttore, i tempi di risposta e la disponibilità di pezzi di ricambio. Le piccole imprese possono preferire rivenditori locali con ingegneri dedicati. I grandi produttori spesso contraggono piani di servizio completi che includono manutenzione preventiva, aggiornamenti software e formazione in loco. Verificare anche la disponibilità di set di parametri di processo per i vostri materiali - lo sviluppo di nuovi parametri può richiedere settimane di sperimentazione.

Conclusioni

La scelta delle apparecchiature DMLS giuste dipende dalle vostre esigenze di produzione, dal budget e dalla qualità dei componenti desiderata. Le piccole aziende e i laboratori di ricerca beneficiano di macchine compatte e versatili come l'EOS M 100, SLM 125 HL, o DMP Flex 350, che offrono un'elevata precisione e bassi requisiti di infrastruttura.