LPBF (лазерная сварка в порошковом слое) – 2020

  • автор:

LPBF (Laser Powder Bed Fusion) представляет собой технологию быстрого прототипирования, 3D-печати или аддитивного производства (AM). Она предназначена для сплавления металлических порошков с использованием лазера высокой мощности.

В течение 1990-х годов несколько компаний начали исследовать технологии 3д печати. В частности, сплав с порошковым слоем (PBF) для металла. Частицы металлического порошка плавились с использованием источника тепла, например, такого как лазер или электронный луч, для формирования более или менее сложной детали слой за слоем.

Итак, сконцентрируемся на LPBF (Laser Powder Bed Fusion — лазерная сварка в порошковом слое). Которая использует лазер для аддитивного изготовления металлической детали.

LPBF – немного истории

LPBF – немного истории

В 1994 году EOS запатентовала свой процесс под названием «Прямое лазерное спекание металлов» (DMLS). А в 1995 году Институт Фраунгофера ввел термин SLM для селективного лазерного плавления.

Эти технологии плавления в порошковом слое используют платформу для сборки, содержащую порошковый материал. А также другие технологии семейства Powder Bed Fusion (PBF). Например, такие как селективное лазерное спекание (SLS) и электронно-лучевое плавление (EBM),

Для аддитивного изготовления детали порошком могут быть полимеры или металлы.

Эти методы похожи. Однако, чтобы избежать путаницы, мы будем использовать термин «Лазерная сварка в порошковом слое» (LPBF). Термины могут показаться запутанными.

DMLS использует слово «спекание». Хотя на самом деле оно работает путем плавления. Точно так же PBF использует слово fusion. НО вы не можете расплавить пластик, вы можете только его спекать.

Следует помнить, что разница между спеканием и плавлением довольно проста. Плавление включает переход из твердого состояния в жидкое состояние благодаря высокой температуре источника тепла.

Спекание не позволяет материалу достичь жидкого состояния. Поскольку температура источника тепла недостаточно высока. В случае спекания металла частицы металла агломерируются вместе. Но в результате получается довольно слабая часть.

Чтобы проиллюстрировать это, давайте возьмем пример укладки яблок. Между двумя фруктами всегда будет разрыв. Поэтому детали, напечатанные на 3D-принтере, будут иметь низкую механическую прочность. В отличие от плавления. Поскольку материал достигает своей жидкой формы, он заполняет эти отверстия.

Как работает LPBF (Laser Powder Bed Fusion)

Изображение Fraunhofer ILT, Аахен, Германия

Как работает LPBF (Laser Powder Bed Fusion)?

Проектирование детали начинается с создания 3D-модели с использованием программного обеспечения CAD. Как и любой метод 3D-печати. Затем деталь нарезается на множество слоев с помощью слайсера. В этом случае толщина слоя обычно варьируется от 20 до 60 микрон.

Чтобы начать процесс печати, 3D-принтер заполняет свою камеру инертным газом. А затем нагревает его до оптимальной температуры печати. Затем тонкий слой порошка наносится на строительную платформу в соответствии с толщиной слоя, предварительно определенной программным обеспечением.

После чего волоконно-оптический лазер (200/400 Вт) сканирует поперечное сечение детали, плавя вместе частицы металла. Когда слой закончен, платформа движется вниз, позволяя добавить еще один слой порошка. В результате процесс повторяется до получения финальной части.

Затем 3D-принтеру нужно дать остыть. А расплавленный порошок вынуть из лотка, чтобы увидеть напечатанную деталь. Деталь прикреплена к монтажной плите благодаря опорам для печати.

В отличие от технологии SLS, эти опоры рекомендуются делать. Поскольку они уменьшают явления коробления и искажения, наблюдаемые при высоких температурах. Они, как правило, удаляются с помощью методов резки. Или механической обработки. Или электроэрозионной обработки проволоки.

Детали могут быть подвергнуты термообработке для уменьшения остаточных напряжений и улучшения механических свойств. Дальнейшая постобработка может включать этапы обработки с ЧПУ. А также процессы полировки, чтобы предложить лучшее качество поверхности.

Этапы постобработки могут быть более или менее важными. В зависимости от результатов, которые вы хотите достичь.

LPBF-Материалы и применение

Этапы постобработки могут быть более или менее важными в зависимости от результатов, которые вы хотите достичь в своей заключительной части

Материалы и применение LPBF

Как вы уже поняли, LPBF (Laser Powder Bed Fusion) использует металлические порошки для создания более или менее сложных деталей. Чаще всего используются металлические и легирующие материалы. Например, такие как нержавеющая сталь, кобальт-хром, алюминий, титан и инконель.

Некоторые драгоценные металлы (золото, платина, серебро) иногда используются. Но почти исключительно в ювелирном секторе. В результате прочность полученных деталей сопоставима с прочностью, полученной методами литья или механической обработки. LPBF является одной из немногих технологий аддитивного производства, которые используются в производстве.

Аэрокосмический, автомобильный и медицинский (особенно стоматологический) секторы очень любят эту технологию. Он предлагает геометрическую сложность. Которую невозможно достичь с помощью традиционных методов производства. При этом уменьшая их конечный вес и количество компонентов. Которые должны быть собраны, с использованием таких методов, как оптимизация топологии.

Это приводит к сокращению сроков производства и очень устойчивым заказным деталям. Однако металлические 3D-принтеры и металлические порошки очень дороги. И, например, не позволяют изготавливать очень крупные детали.

Основные игроки рынка

3D-печатная металлическая деталь | Изображение Mercedes-Benz

Основные игроки рынка

Одним из пионеров технологий является немецкая EOS с линейкой EOS M. Которая предлагает комплексное производственное решение для любой промышленной компании. Компания присоединилась к 3D Systems в 2013 году после приобретения французской компании Phenix Systems, которая специализируется на разработке машин DMLS.

Конечно, важными игроками являются немецкая компания SLM Solutions. А также Trumpf, Renishaw и итальянская компания Sisma. Если вы ищете других производителей 3D-принтеров LPBF, Google в помощь)).

По материалам https://www.3dnatives.com/en/direct-metal-laser-sintering100420174-2/

Все новости в наших группах: вконтакте, twitter, facebook