Az additív gyártástechnológiák egy nagyon hasznos új vonalat képviselnek a fémalkatrészek gyártásában. Korábban az összetett alkatrészek gyártása nagyon sok időbe telt, számos szakma magas szinten való képviseletét igényelte, és drágán felszerelt műhelyben vagy üzemben valósult meg. Ebben az írásban a lehetséges 3D fémnyomtatási eljárások közül az SLM technológiát veszem górcső alá. Megnézem a működését, előnyeit és korlátait is. A végére pedig kiderül, hogy az 3D fémnyomtatás mára nem egy mellékvágánya az alkatrészgyártásnak, hanem jó eséllyel a jövője.
Mi is pontosan az SLM, azaz a szelektív lézer olvasztás
Az SLM egy additív gyártási eljárás abból a hétből, amivel fém alkatrészeket lehet elkészíteni. A különbség az egyébként hasonló eljárásokkal szemben, mint szelektív lézer szinterezés vagy közvetlen lézeres fémolvasztás, hogy az SLM eljárás valóban megolvasztja a fémpor megfelelő rétegeit. Azaz eléri a fém folyékony halmazállapotát. Mindezt persze tökéletesen szabályozott körülmények között. Számos elnevezés illetheti ezt az eljárást, mivel napi szinten még nincs jelen az iparban. Ez az oka annak, hogy egyes szakemberek más-más névvel illetik az SLM technológiát.
Mi a működése az SLM rendszernek?
Ahhoz, hogy a gyártás elindulhasson, szükség van egy 3D-s modellre, mégpedig az SLM gép által feldolgozható formátumban. Ez általában STL fájl, ami háromszögekből felépülő felület modell. Ez a modell aztán feldarabolásra kerül egy erre létrehozott másik szoftver segítségével. Ezek a rétegek lesznek később a gyártás bázisa, ezek szerint olvasztja majd a lézer a terített fémpor rétegeket.
A modell betöltése után a gép a kiválasztott fémporral feltöltésre kerül. A munkatér védőgázzal telítődik, ami megvédi a fémet az oxidációtól, miközben a nagy erejű lézer dolgozik rajta. A fiber lézer nagyon magas hőmérsékletet hoz létre, ami képes a fém megolvasztására. Hogy a por és a lézer hőmérsékletének különbségét csökkentsék, a kamra felforrósítása is szükséges.
A por a beállított vastagságban kerül leterítésre a munka tálcán. Ezután a lézer az X-Y pozícionáló tükör segítségével egyrészt fókuszáltá válik, ami elengedhetetlen, továbbá irányítottá a folyamat megfelelő elvégzéséhez. Az olvasztás után van egy visszahűtési idő. Mikor ez eltelik, a tálca lefelé mozdul, és egy újabb porréteg kerül elhúzásra. Az elmozdulás természetesen mikronra megegyezik a kívánt rétegvastagsággal.
A folyamat pedig addig ismétli magát, amíg el nem készül a termék vagy alkatrész.
A nyomtatás után az alkatrész lekerül a tálcáról, és annak függvényében, hogy milyen funkcionális vagy esztétikai szerepe lesz, utófeldolgozásra kerül.
Az SLM technológia alkalmazásakor, okán a hatalmas kialakuló hőmérsékleteknek, az épített darabon ún. támasztékokat kell létrehozni, amik megakadályozák a hőmérséklet okozta vetemedést. Ezek a “gyártásközi merevítők” hűtőbordaként is szolgálnak, mert elvezetik a hőt az alkatrész elemeiről. Ezek a támaszok a nyomtatás után eltávolíthatók.
Az utómukálatok egészen sokfélék lehetnek, kezdve a feszültség mentesítéstől a CNC megmunkáláson és hőkezelésen át a polírozásik. És bár az utómunkák már nem az SLM berendezésben történnek, az alkatrész megfelelőségéhez nagyrészben hozzájárulnak.
Az SLM technológia előnyei és hátrányai
Az SLM eljárás, legalábbis ami a kezdeti beruházás igényét illeti költséges. Mégis nagyon sok előnyével új lehetőségeket nyit a gyártás világában. A nagytisztaságú fémporból készült alkatrész csaknem teljesen mentes a szennyeződésektől. Az SLM -mel készült alkatrészek erősebbek, mint más 3D nyomtatott darabok, ezért a legmagasabb biztonsági faktorokkal operáló iparágakban terjed a leginkább.
Előnyök:
- teljesen fém, nagyteljesítményű, részletes és pontos alkatrészek készíthetők vele
- a felhasználható anyagok sora hosszú, ideértve nagyszilárdságú fémeket is
- mivel bonyolultabb geometriák is létrehozhatók, kevesebb alkatrészből álló szerkezetek valósíthatók meg vele
- az SLM gyorsítja a fém alkatrészek gyártását, mert nincsenek késések az egymásra épülő műveletekben
- kevsebb a veszteség és a felhazsnált anyagmennyiség egy-egy termék gyártásakor.
Hátrányok:
- egyszerre csak egyféle fém készíthető vele
- az SLM berendezések sok energiát használnak el a felmelegítés, gyártás, feszültségmentesítés során
- jelentős szerkezeti támogatást és folyamatos védőgáz ellátást igényel
- az SLM eljárás végén kapott felületi minőség durva, ami további feldolgozást igényel
- az SLM -mel készíthető alkatrészek mérete limitált
Az SLM technológia technikai mutatói
Alább láthatók az általános, és a műszaki tudomány jelenlegi állását képviselő fő adatok, az SLM technológiára vonatkozóan.
Ezt tudja, az SLM.
| Megnevezés | Érték |
| Feldolgozható anyagok | nikkelbázisú szuperötvözetek, réz, alumínium, rozsdamentes acél, kobalt és króm ötvözött acél |
| Általános munkaterület | 250 x 150 x 150 mm – 500 x 280 x 360 mm |
| Átlagos rétegvastagság | 20 – 50 μm |
| Felületi érdesség | 6-10 μm |
| Belső szerkezet porozitása | <0.2%-0.5% |
| Nyomtatási sebesség | 1 óra – 5 nap |
| Technikai support | Szükséges |
| Nyomtató ára | 300.000-2.000.000 € |
| Nyomtatás ára | egyedi |
Alkalmazások az SLM technológiára
Az additív gyártási technológiák közül az SLM az egyik leghatékonyabb, legtöbb előnnyel rendelkező, éppen ezért növekvő népszerűségnek örvend. Számos és egyre több iparág találja meg jövőbe mutató számításait a 3D-s fémnyomtatásban. Ilyenek a repülőgépipar, a motorfejlesztés, vagy egzotikus sportautó gyártás, a fogászati vagy sebészeti implantátumok ipara, nagy nyomásnak ellenálló tárolóedények gép- vagy vegyiparban, a fröccsöntő szerszámok gyártásának innovatív képviselői.
A 3D fémnyomtatás valójában már nem gyerekcipőben jár. Igaz ugyan, hogy nem mondható elterjedtnek, de azok a kihívások, amivel a gyártást klasszikus módon űző vállalatok küzdenek, időről-időre közelebb tolja őket az additív megoldásokhoz. Kevesebb emberi erőforrással, kisebb ipari területet elfoglalva, kevesebb szerelési munkát igényelve számos olyan tényező esik ki, amik hosszú átfutási időket eredményeznek, és nagyon sok rejtett költséget tartalmaznak.
Amikor az alapanyag ellátás, a szerszámgépek üzemeltetésének költsége, az energiaszükséglete és az emberi erőforrás szervezése a mainál is nehezebben tartható szintet ér el, egyre több vállalat ruház majd be SLM vagy más típusú additív technológiás gépekbe. Ez pedig sok új lehetőséget rejt majd a műszaki megvalósításban, mert azok a belső geometriák, melyek eddig nem, vagy csak nagyon hosszú átfutási idővel és magas költségekkel voltak megvalósíthatók, egyszerre elérhetők lesznek.
Szerző: GépészPresszó
