Laser Metaal Printen: Sleutelfeiten voor Precisie Onderdelen Fabricage

Is Precisie Onderdelen Fabricatie 3D-Print Klaar?

Het onderwerp van 3D additieve laser printen van metaal is vaak in het nieuws. Dus u zou zich kunnen afvragen: Wanneer gaat Metal Cutting Corporation over laser printen praten? Immers, we praten vaak over diverse andere methoden voor het maken van metaalonderdelen.

Bij Metal Cutting maken we onderdelen die heel klein zijn, voor ons voorbeeld hier vaak met afmetingen van 1 mm (0,039") bij 2 mm (0,079"), en we maken ERG veel van ze. Deze onderdelen hebben doorgaans niet veel complexe kenmerken of innerlijke gaten. Ze kunnen een buis zijn of ze kunnen massief zijn.

Dus, onze vraag aan de 3D laser print experts is, kan u 3D laser printen van metaal gebruiken voor zulke grote hoeveelheden van zulke kleine onderdelen?

Basismethoden Van 3D Laser Printen Van Metaal

Om te beginnen, laten we een snelle kijk nemen op de drie primaire methoden voor 3D additieve laser printen van metaal.

Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

Deze meest populaire methode smelt eigenlijk een 2D ontwerp op een afgeplat poederbed, smelt het poeder en voegt dan laag op laag toe om het object te bouwen. DMLS stelt hiertoe onmogelijke ontwerpen in staat. Echter, het proces is heel traag en produceert metallurgie die benadert maar niet in elk geval gelijkstaat aan traditionele fabricage. DMLS is ook bekend als selectieve lasersintering (SLS) of selectieve lasersmelting (SLM).

Directed Energy Deposition (DED)

In deze poeder-gevoede methode, wordt een hoog geconcentreerde metaalpoederstroom langzaam vrijgegeven door een extruder en gesmolten als het ontmoet een laser, vormend lagen aan het oppervlak van het onderdeel. DED is hoog nauwkeurig voor 3D laser printen van metaal en wordt ook gebruikt voor het repareren van gebroken onderdelen. Deze methode is bekend als laser metaal depositie (LMD).

Metal Binder Jetting

Deze methode omvat het aanbrengen van een vloeibaar bindmiddel op een poederachtig metaalmateriaal. De lagen worden, in effect, "geplakt" samen en daarna gesinterd in een hoge-temperatuur oven. Dit proces is sneller en minder duur dan de andere twee methoden; echter, de resultaten zijn niet bijna zo sterk of dicht als de resultaten die u krijgt met DMLS of DED.

Enkele Toepassingen Voor Laser Printen Metaal

Laser printen van metaal is populair geworden voor een aantal toepassingen. Deze omvatten alles van prototypen tot functionele componentonderdelen in diverse industrieën, tot massa aangepaste productie van alledaagse items zoals sieraden en keukengerei.

Laser printen van metaal is zeer populair in tandheelkundige en orthopedische implantaat toepassingen. Het stelt deze producten in staat om aangepast te worden om aan individuele patiëntbehoeftes te voldoen. (U kunt meer lezen in onze blog Polijsten van Metaalonderdelen voor 3D Geprinte Medische Hulpmiddelen.) Laser printen van metaal is ook wijd gebruikt voor de luchtvaartindustrie. Bijvoorbeeld, de next-generation LEAP straalmotor heeft 3D-geprinte brandstofspruiters.

Enkele Veelvoorkomende Fouten

Mensen maken enkele onjuiste aannames als het aankomt op 3D laser printen van metaal. Het klinkt gek maar moet genoteerd worden dat alleen omdat een product ontworpen is met 3D CAD modellering, het niet "3D print-klaar" maakt; 3D laser printprocessen vereisen unieke post-verwerking.

Net als bij elke productiemethode, moeten de eigenschappen van het specifieke materiaal dat gebruikt zal worden ook overwogen worden. Bijvoorbeeld, een aanname is dat laser printen van metaal een vervanging is voor metaalgieten. Op het contrarie, is laser geweldig voor unieke, complexe onderdelen die niet gegoten kunnen worden. De eigenschappen van een 3D laser geprint metaalobject zijn anders van de eigenschappen van het "zelfde" object wanneer het in metaal gegoten wordt.

Ook, laser printen van metaal onderdelen ontworpen voor een proces zoals CNC frezen zou heel duur zijn. Dat is omdat aftrekkend geproduceerde onderdelen meer massa en volume hebben, en hun ontwerpen niet geoptimaliseerd zijn voor de inherente voordelen van 3D-fabricage — eigenlijk, gaten en lichtgewicht, hoge-sterkte structuren.

Voordelen Van Laser Printen Van Metaal

Vanuit een ingenieursperspectief, zijn waarschijnlijk de meest significante voordelen van 3D laser printen van metaal:

• De mogelijkheid om volledig ingesloten gaten en andere kenmerken te produceren die onmogelijk zijn om aftrekkend te bewerken
• Structuren die buitengewone onderdeelsterkte en een lichtgewicht ontwerp produceren dat eerder onmogelijk was te bereiken

Voor een industrie zoals luchtvaart, waar verminderd gewicht van een vliegtuig lagere brandstofverbruik betekent, is lichtgewicht een belangrijk doel.

Vanuit een toepassingsperspectief, zou het meest significante voordeel van laser printen van metaal de "massa-aangepasting" zijn die 3D additieve laser printen in industrieën heeft ingevoerd variërend van luchtvaart vervangende onderdelen tot tandheelkundige kronen en bruggen, tot orthopedische en prothetische innovaties, en natuurlijk, het hele prototypenbedrijf. Sommige van deze unieke vormen konden nooit aftrekkend geproduceerd worden. Zelfs voor die wel kunnen bewerkt of gegoten worden tegen een lagere per-stuk kosten, kon geen van de methoden de bijna onmiddellijke levertijden benaderen die 3D laser printen van metaal mogelijk heeft gemaakt.

Laser printen van metaal kan ook de hoeveelheid afvalmateriaal in het productieproces verminderen. Waar traditionele aftrekkende snijmethoden het verwijderen van materiaal omvatten om een vorm te creëren, bereikt 3D laser printen van metaal een vorm door de toevoeging van net het benodigde materiaal.

Zolang het metaalpoeder beschikbaar is, is 3D laser printen flexibel in termen van de metalen die het kan gebruiken. Deze omvatten titaan, roestvrij staal, Inconel, en kobalt chroom, alsook messing, koper, brons, en edelmetalen zoals goud, zilver, en platina. Echter, hoewel de uitdagingen van 3D laser printen in een inerte atmosfeer overwonnen zijn, blijft het onmogelijk om bepaalde metalen correct aan te laten. Bijvoorbeeld, hoewel wolfram "geconstruieerd" kan worden via 3D-printen, is de resulterende blok wolfram metaal te broos om bruikbaar te zijn.

Nadelen Van Laser Printen Voor Metaalonderdelen

Additieve 3D laser printen is zeker beroemd om het onmogelijke mogelijk te maken, maar wat met precisie? Is 3D printen een goede methode voor het maken van kleine precisie metaalonderdelen?

Laten we kijken naar DMLS, de meest rijpe en wel-ontwikkelde methode, waar de belangrijke variabelen die dimensionale precisie drijven zijn:

• De grootte van de poederdeeltjes
• De hoogte-intervallen van de lift-stappen
• De grootte van de laserbundel

Elk van deze factoren bepaalt dimensionale toleranties. Grote metaalpoederdeeltjesgrootte maakt grotere stappen. De hoogte van elke poederlaag bepaalt ook de toleranties die bereikt kunnen worden. En waarschijnlijk de meest belangrijke variabele is de grootte van de laser. Dit is waar een kleine bundel u grotere precisie geeft, en een grotere bundel produceert meer onprecieze afmetingen. Het probleem is, een kleinere laserbundel genereert minder warmte — en dat betekent dat het langer duurt om zijn werk te doen. Dus, u kunt een onderdeel hebben dat heel precies en/of heel klein is, maar het gaat veel langer duren om te produceren. Dat, op zijn beurt, verhoogt de kosten.

Er zijn andere manieren waarin laser printen van metaal tijdrovend is. Kijk nog eens naar de heel populaire DMLS, waar elk onderdeel een klein bevestigingspunt heeft, als het kleine draadje dat een wespennest aan een voortuin ophangt. Als u 10.000 laser geprinte onderdelen heeft, betekent dat dat u 10.000 bevestigingspunten heeft die gescheiden moeten worden. Deze taak van scheiden van de basis wordt meestal uitgevoerd met EDM; maar welke methode ook gebruikt, het 10.000 keer doen verslaat de meeste als niet alle additieve voordelen.

De realiteit is dat echte massa productie nog steeds niet mogelijk is met 3D laser printen van metaal. Dit maakt het onpraktisch en duur voor het produceren van tienduizenden heel kleine onderdelen. Bovendien is er de hoge voorafgaande kosten van de 3D printer: tenminste $100.000 voor sommige van de nieuwste tafelmodellen, die erop gericht zijn de vorige disrupters te disrupteren, tot meer dan $1 miljoen voor de gecontroleerde atmosfeer printers gebruikt met metalen zoals titaan of de gigantische inrichtingen vereist voor machines ontworpen om luchtvaartonderdelen te maken. Die hoge kosten betekent dat welke applicatie laser printer ook voorgesteld wordt, er "iets echt unieks moet toevoegen" om "af te trekken" van de waarde van traditionele metaalfabricagemethoden.

Wat Houd De Toekomst In?

We willen niet dat u denkt dat we koppig of weerstandend tegen verandering zijn. Feitelijk, willen we een shout-out geven aan onze vriend Scott Cohen en zijn partner, David Bell, bij New Lab. Ze kennen de toekomst net zo goed als iemand, en we twijfelen niet dat iemand bij New Labs een dag een paar van de problemen die we nu zien zal oplossen.

Terwijl de ontwikkeling van desktop-grootte 3D laser printers — in plaats van enorme, industriële machines — de technologie meer toegankelijk zal maken, zien we nog steeds niet laser printen van metaal als geschikt voor hoge volumes van kleine precisie onderdelen. In dit geval, maken kleine machines geen kleine onderdelen. Maar natuurlijk, op een dag kunnen we wel fout blijken te zijn!

Voor enkele nuttige tips over hoe de beste precisie metaalsnijmethode te kiezen voor uw metaalfabricageproject, download ons white paper Kies Met Vertrouwen: 2-As Precisie Snijmethoden Vergelijken.