Лучшее оборудование для малого и крупного производства

Понимание технологии прямого лазерного спекания металлов

Прямой металлический лазерный спекание (DMLS) представляет собой усовершенствованный процесс изготовления порошковых присадок, использующий мощный лазер для сплавления металлических порошков слой за слоем в твердые, полностью плотные части. В отличие от обычных субтрактивных методов, DMLS позволяет инженерам создавать сложные геометрии, внутренние каналы охлаждения и решетчатые структуры, которые были бы невозможны или непомерно дороги для машины. Процесс начинается с тонкого слоя металлического порошка, разбросанного по строительной платформе. Лазер сканирует поперечное сечение детали, спекая частицы порошка вместе. Затем платформа опускается на один слой толщиной, применяется новый слой порошка, и лазер повторяет процесс. Типичный слой толщины колеблется от 20 до 100 микрон, в зависимости от машины и материала. Несшитые порошки служат поддержкой нависающих функций, устраняя необходимость в выделенных опорных структурах во многих случаях. После печати деталь удаляется из порошкового слоя и часто подвергается тепловой обработке для снятия остаточных напряжений, с последующим

DMLS отличается от селективного лазерного плавления (SLM), хотя термины иногда используются взаимозаменяемо. В DMLS порошок спекается — частицы сливаются вместе без полного плавления их — в результате чего части, которые могут иметь немного более высокую пористость. True SLM полностью плавит порошок для достижения плотности 99,9%. Однако многие современные системы размывают линию, и производители часто продают свои машины как DMLS даже когда они работают в режиме полного плавления. Для этой статьи мы будем использовать DMLS в качестве общего термина, охватывающего обе технологии синтеза на основе лазера для металлов.

Технология широко применяется в аэрокосмической, медицинской, автомобильной и станкостроительной отраслях. В аэрокосмической промышленности DMLS позволяет использовать легкие скобки и оптимизированные топливные насадки. В медицине она производит индивидуальные имплантаты и хирургические руководства. Малые и крупные производственные предприятия должны выбирать оборудование, соответствующее их пропускной способности, точности и требованиям к материалам. Ниже мы рассмотрим лучшие машины DMLS для обоих концов производственного спектра.

Лучшее оборудование DMLS для мелкомасштабного производства

Маломасштабные производственные среды, такие как исследовательские лаборатории, магазины рабочих мест, центры прототипирования и производители небольших партий, нуждаются в компактных, доступных и универсальных машинах. Эти системы обычно предлагают объемы сборки менее 10 литров, однолазерные конфигурации и упрощенную обработку порошка. Они позволяют пользователям быстро переделывать конструкции, не связывая дорогостоящее капитальное оборудование в течение нескольких недель.

ЭОС М 100

EOS M 100 является эталонной компактной системой DMLS, предназначенной для высокоточных применений. Его платформа круглой сборки диаметром 100 мм и высотой 95 мм обеспечивают достаточное пространство для зубных реставраций, ювелирных изделий, небольших медицинских инструментов и опытных образцов. Машина использует волоконный лазер мощностью 200 Вт с диаметром фокусировки около 50 мкм, что обеспечивает прекрасное разрешение функций. Проприетарное программное обеспечение EOSprint EOS упрощает настройку параметров и гнездование. M 100 имеет небольшой след и требует минимальной инфраструктуры — он подключается к стандартной розетке 230 В и использует аргон или азот в качестве защитного газа. Это делает его идеальным для лабораторий и небольших мастерских, которые не могут вместить большую промышленную систему.

SLM 125 HL

SLM 125 HL от SLM Solutions предлагает немного больший объем сборки 125 x 125 x 125 мм, с одним лазером мощностью 400 Вт. Он известен своим надежным порошковым слоем и механизмом ограждения, производящим последовательные слои даже с такими сложными порошками, как титановые сплавы. Система поддерживает широкий спектр материалов, включая нержавеющие стали, инструментальные стали, алюминиевые сплавы, Inconel и кобальт-хром. Его компактная конструкция (1,3 м2 футт) и интегрированная порошковая ситуационная станция делают его хорошим выбором для исследовательских объектов и производства небольших серий. SLM 125 HL также имеет систему с замкнутым контуром газового потока, которая снижает потребление аргона - значительная экономия затрат для пользователей с низким объемом.

3D-системы DMP Flex 350

DMP Flex 350 от 3D Systems сочетает в себе объем сборки 275 х 275 х 330 мм с одним лазером мощностью 500 Вт. Несмотря на то, что он немного больше, чем обычные мелкосерийные машины, его модульная конструкция и модуль порошка быстрого изменения делают его подходящим для рабочих мест, которым необходимо часто переключать материалы. DMP Flex 350 использует запатентованные материалы 3D Systems LaserForm и передовую технологию утилизации порошка, достигая скорости использования материала более 95%. Он также включает в себя встроенную систему управления инертным газом и перчатку для обработки реактивных порошков, таких как титан. В то время как первоначальная стоимость выше, чем EOS M 100, большая оболочка сборки позволяет малым предприятиям консолидировать несколько частей за один раз, повышая производительность.

Дополнительные соображения для маломасштабных систем

При оценке компактных DMLS-машин обращайте внимание на простоту использования, интеграцию программного обеспечения и требования к постобработке. Меньшие системы часто имеют интегрированные инструменты поддержки и вложения, которые упрощают рабочий процесс для неспециалистов. Они также, как правило, требуют меньше обучения операторов. Однако темпы сборки медленнее - обычно 5-15 см3 в час - поэтому они не подходят для объемного производства. Для малого бизнеса варианты лизинга и контракты на обслуживание могут снизить первоначальный финансовый барьер.

Лучшее оборудование DMLS для крупносерийного производства

Крупномасштабное производство требует систем DMLS с большими объемами сборки, несколькими лазерами и интегрированной автоматизацией для непрерывной работы. Эти машины предназначены для серийного производства средних и больших деталей или для производства более мелких деталей с высокой пропускной способностью в плотных гнездах. Такие функции, как автоматизированная обработка порошка, платформы быстрого изменения и мониторинг в режиме реального времени, необходимы для максимизации времени безотказной работы и минимизации затрат на рабочую силу.

ЭОС М 290

EOS M 290 является одной из наиболее широко развернутых систем DMLS в промышленном производстве. Она предлагает объем сборки 250 x 250 x 325 мм с одним лазером мощностью 400 Вт (необязательное обновление на 1 кВт). M 290 известен своей надежностью и повторяемостью, что делает его рабочей лошадкой для производителей аэрокосмических и медицинских имплантатов. Она поддерживает более 20 металлических материалов, включая Ti64, Inconel 718, Maraging Steel и AlSi10Mg. Система включает в себя интеллектуальный калибровочный и порошковый мониторинг для обнаружения аномалий процесса. С скоростью сборки до 15 см3 в час (в зависимости от материала), она лучше всего подходит для производства среднего объема, где качество деталей имеет первостепенное значение. M 290 может быть интегрирован с внешними станциями обработки порошка EOS для расширенных пробегов.

SLM Solutions SLM 800

SLM 800 представляет собой высокопроизводительную систему с объемом сборки 280 х 280 х 365 мм и до четырех лазеров мощностью 700 Вт, работающих параллельно. Конфигурация четырехлазера резко сокращает время сборки для больших деталей или большого количества деталей, достигая пропускной способности 30–50 см3 в час. SLM 800 имеет автоматизированную обработку порошка с помощью ситуационного и дозирующего блока, который может работать в течение нескольких дней без вмешательства оператора. Его открытая архитектура позволяет пользователям разрабатывать пользовательские параметры для новых материалов. Система оснащена мониторингом плавильного бассейна на месте и контролем мощности замкнутого цикла для обеспечения согласованного качества деталей на длинных сборках. Для аэрокосмических и оружейных компаний, которым нужна надежность и скорость, SLM 800 является сильным соперником.

Трулазерная ячейка Trumpf 8030

Trumpf's TruLaser Cell 8030 использует модульный подход, сочетая лазерное плавление с дополнительными автоматическими ячейками для обработки порошка, удаления деталей и постобработки. Объем сборки составляет до 300 х 400 х 400 мм, и система может быть оснащена одним или двумя лазерами мощностью 1 кВт. Метод Trumpf's «Порошок в воздухе» (PIA) улучшает стабильность процесса, контролируя поток порошка и уменьшая брызги. TruLaser Cell 8030 может быть настроен как для DMLS, так и для лазерного осаждения металла (LMD) на одной платформе, предлагая гибкость производства. Его прочная конструкция и сервисная сеть Trumpf делают его любимым в автомобильном и энергетическом секторах, где распространены большие детали с толстой стенкой.

Дополнительные крупномасштабные системы и тенденции

Другие известные крупномасштабные машины DMLS включают EOS M 400-4 (400 x 400 x 400 мм с четырьмя лазерами) и 3D Systems DMP Factory 500 (500 x 500 x 500 мм с двойными лазерами). По мере развития технологии производители добавляют такие функции, как автоматизированный обмен пластинами сборки, скорость переработки порошка выше 98% и цифровое моделирование двойников для прогнозирования искажений и оптимизации параметров перед печатью. Крупномасштабное производство также выигрывает от интегрированных программных пакетов, которые управляют приемом заказов, планированием сборки и отслеживанием качества.

Факторы, которые следует учитывать при выборе оборудования DMLS

Выбор правильной системы DMLS требует балансировки технических характеристик с бизнес-целями. Ниже мы разбиваем ключевые соображения на практические категории.

Построить объем и часть конверта

Для мелкосерийного производства может быть достаточно куба размером 125 мм, но если вы планируете вырастить более крупные детали, рассмотрите модульную систему, которая позволяет в будущем расширяться. Крупные системы часто имеют прямоугольные камеры сборки, которые вмещают более высокие детали; проверьте высоту оси Z, если вы собираетесь производить колонноподобные компоненты. Также рассмотрите возможность вкладывать несколько частей в одну сборку — более крупные платформы увеличивают пропускную способность, но требуют более длительной настройки и времени после обработки.

Лазерная мощность и количество лазеров

Более высокая мощность лазера сокращает время сборки и улучшает плотность, особенно для материалов с высокой светоотражающей способностью, таких как медь и алюминий. Однолазерные системы проще и дешевле, но медленнее. Многолазерные системы (2, 4 или даже 8 лазеров) могут разделить платформу сборки на зоны, позволяя параллельное сканирование. Однако межлазерная координация и зоны перекрытия могут вызывать микроструктурные различия. Для большинства производственных потребностей двухлазерная или четырехлазерная система предлагает лучший баланс скорости и сложности.

Совместимость материалов

Не все машины DMLS поддерживают одни и те же сплавы. Некоторые оптимизированы для реактивных порошков (титан, алюминий) и включают в себя рециркуляции инертного газа и герметичные перчатки. Другие предназначены для никель-сплавов и инструментальных сталей. Проверьте список материалов производителя и доступность параметров. Если вы планируете использовать фирменные или пользовательские сплавы, ищите машины с открытыми наборами параметров. Также рассмотрим обработку порошка: системы, которые позволяют легко менять порошок, уменьшают время простоя между переключателями материала.

Стоимость и бюджет

Машины DMLS стоят от 150 000 долларов США для небольших систем до более 1,5 миллиона долларов США для крупных многолазерных установок. Фактор не только в цене покупки, но и в стоимости установки, обучения, контрактов на техническое обслуживание и расходных материалов (лазерные модули, ограждения, фильтры). Операционные расходы включают потребление аргона или азота, потребление порошка (включая непригодный для использования порошок от разливов и просеивающих потерь) и электроэнергию. Для небольших операций лизинг или услуги с оплатой за часть, предлагаемые бюро, могут быть более экономичными. Для крупномасштабных моделей общей стоимости владения (TCO) должны учитывать пропускную способность, доходность и экономию труда.

Скорость производства и пропускная способность

Скорость — это функция лазерной мощности, стратегии сканирования, толщины слоя и геометрии деталей. Более толстые слои (50—60 мкм) строят быстрее, но жертвуют разрешением деталей. Многолазерные системы сокращают время сборки на деталь, но добавляют сложность. Для производства большого объема рассмотрим машины с автоматизированной порошковой обработкой и быстрой платформой обмена. Некоторые системы позволяют начать новую сборку в течение нескольких минут после предыдущей отделки, сводя к минимуму время непечати.

Постпроцессуальные требования

Части DMLS почти всегда требуют удаления поддержки, термообработки с снятием напряжения и отделки поверхности. Машины с легким доступом к камере сборки и интегрированной рекуперации порошка сокращают время обработки. Некоторые системы предлагают совместимость с термической обработкой на месте или горячим изостатическим прессованием (HIP), но это дополнения. Для крупномасштабного производства планируйте дополнительное оборудование, такое как центры обработки с ЧПУ, проводной EDM для удаления поддержки и станции дроссельной обработки. Ручная постобработка может быть узким местом; автоматизировать, где это возможно.

Программное обеспечение и связь

Программный стек машины влияет на простоту использования и интеграцию в существующие рабочие процессы. Ищите системы, которые поддерживают импорт файлов STL, STEP и 3MF, предлагают вложение и поддержку генерации в той же среде и предоставляют инструменты моделирования для прогнозирования искажений. Стандарты подключения, такие как OPC UA или MTConnect, позволяют интегрироваться с системами управления заводом для отслеживания производства и отчетности о качестве. Удаленный мониторинг и оповещения об ошибках могут улучшить использование машины.

Обслуживание и поддержка

Машины DMLS представляют собой сложное капитальное оборудование. Оцените сервисную сеть производителя, время отклика и доступность запасных частей. Малые предприятия могут предпочесть местных реселлеров с выделенными инженерами. Крупные производители часто заключают контракты на комплексные планы обслуживания, которые включают профилактическое обслуживание, обновление программного обеспечения и обучение на месте. Проверьте также наличие наборов параметров процесса для ваших материалов - разработка новых параметров может потребовать недель экспериментов.

Заключение

Выбор правильного оборудования DMLS зависит от ваших конкретных производственных потребностей, бюджета и желаемого качества деталей. Малые предприятия и исследовательские лаборатории получают выгоду от компактных, универсальных машин, таких как EOS M 100, SLM 125 HL или DMP Flex 350, которые предлагают высокие требования к точности и низкой инфраструктуре. Крупные производители требуют систем высокой емкости, таких как EOS M 290, SLM 800 или Trumpf TruLaser Cell 8030, для удовлетворения требований серийного производства с надежностью и скоростью. Помимо самой машины, такие факторы, как совместимость материалов, постобработка, интеграция программного обеспечения и общая стоимость владения, имеют решающее значение для осуществления разумных инвестиций. Оставаясь в курсе последних достижений в лазерной технологии, обработке порошка и автоматизации, гарантирует, что вы выбираете оборудование, которое будет держать ваши операции конкурентоспособными и инновационными на долгие годы.