Feiten over laserprinten van metaal

Is de productie van precisie-onderdelen 3D printklaar?

Het onderwerp 3D additief laserprinten van metaal is regelmatig in het nieuws, dus u vraagt ​​zich misschien af:wanneer gaat Metal Cutting Corporation praten over laserprinten? We hebben het immers vaak over verschillende andere methoden om metalen onderdelen te maken.

Bij Metal Cutting maken we onderdelen die erg klein zijn, voor ons voorbeeld hier vaak met afmetingen van 1 mm (0.039″) bij 2 mm (0.079″), en we maken een VEEL van hen. Deze onderdelen hebben meestal niet veel complexe kenmerken of innerlijke holtes. Ze kunnen een buis zijn of ze kunnen solide zijn.

Onze vraag aan de 3D-laserprintexperts is dus:kan gebruik je 3D-laserprinten van metaal voor zulke grote hoeveelheden van zulke kleine onderdelen?

Basismethoden voor 3D-laserprinten van metaal

Laten we om te beginnen eens kijken naar de drie belangrijkste methoden voor 3D-additief laserprinten van metaal.

Directe metaallaser-sintering (DMLS)

Deze meest populaire methode smelt in feite een 2D-ontwerp op een afgeplat bed van poeder, versmelt het poeder en voegt vervolgens laag na laag toe om het object te bouwen. DMLS maakt tot nu toe onmogelijke ontwerpen mogelijk. , het proces is erg traag en produceert metallurgie die de traditionele fabricage benadert, maar niet in alle gevallen gelijk is. DMLS is ook bekend als selectief lasersinteren (SLS) of selectief lasersmelten (SLM).

Directed Energy Deposition (DED)

Bij deze poedergevoede methode wordt een hooggeconcentreerde metaalpoederstroom langzaam vrijgegeven door een extruder en versmolten wanneer deze een laser ontmoet, waarbij lagen worden gevormd aan het oppervlak van het onderdeel. DED is zeer nauwkeurig voor 3D-laserprinten van metaal en wordt ook gebruikt voor het repareren van kapotte onderdelen. Deze methode staat bekend als lasermetaalafzetting ( LMD).

Metalen bindmiddel spuiten

Deze methode omvat het aanbrengen van een vloeibare bindhars op een verpoederd metaalmateriaal, de lagen worden in feite aan elkaar "gelijmd" en vervolgens gesinterd in een oven op hoge temperatuur. Dit proces is sneller en goedkoper dan de andere twee methoden; de resultaten zijn echter lang niet zo sterk of compact als de resultaten die u krijgt met DMLS of DED.

Enkele toepassingen voor het laserprinten van metaal

Laserprinten van metaal is populair geworden voor een aantal toepassingen, van prototyping tot functionele onderdelen in verschillende industrieën, tot massaproductie van alledaagse voorwerpen zoals sieraden en keukengerei.

Het laserprinten van metaal is zeer populair in tandheelkundige en orthopedische implantaattoepassingen. Hierdoor kunnen deze producten worden aangepast aan de individuele behoeften van de patiënt. (U kunt meer lezen in onze blog Polishing Metal Parts for 3D Gedrukte medische apparaten.) Laserprinten van metaal wordt ook veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie.De volgende generatie LEAP-straalmotor heeft bijvoorbeeld 3D-geprinte brandstofsproeiers.

Enkele veelvoorkomende fouten

Mensen maken een aantal verkeerde aannames als het gaat om 3D-laserprinten van metaal.Het klinkt gek, maar het is goed om te weten dat alleen omdat een product is ontworpen met behulp van 3D CAD-modellering, het nog niet "3D-afdrukklaar" is; 3D-laserprintprocessen vereisen een unieke nabewerking.

Zoals bij elke fabricagemethode, moet ook rekening worden gehouden met de eigenschappen van het specifieke materiaal dat moet worden gebruikt. Een aanname is bijvoorbeeld dat het laserprinten van metaal een vervanging is voor metaalgieten, integendeel, laser is geweldig voor unieke, complexe onderdelen die niet De eigenschappen van een 3D-lasergeprint metalen object verschillen van de eigenschappen van hetzelfde object wanneer het in metaal wordt gegoten.

Ook zou het laserprinten van metalen onderdelen die zijn ontworpen voor een proces zoals CNC-frezen erg duur zijn. Dat komt omdat subtractief geproduceerde onderdelen meer massa en volume hebben en hun ontwerpen niet zijn geoptimaliseerd voor de inherente voordelen van 3D-productie - in wezen lege ruimtes en lichtgewicht, zeer sterke structuren.

Voordelen van laserprinten van metaal

Vanuit het perspectief van een ingenieur zijn waarschijnlijk de belangrijkste voordelen van 3D-laserprinten van metaal:

• De mogelijkheid om volledig gesloten holtes en andere functies te produceren die niet subtractief kunnen worden bewerkt
• Structuren die buitengewone sterkte van het onderdeel produceren en een lichtgewicht ontwerp dat voorheen onmogelijk te bereiken was

Voor een industrie als de luchtvaart, waar een lager gewicht van een vliegtuig een lager brandstofverbruik betekent, is lichtgewicht een belangrijk doel.

Vanuit een toepassingsperspectief zou het belangrijkste voordeel van het laserprinten van metaal de "massale aanpassing" zijn die 3D-additieve laserprinten in industrieën heeft gebracht, variërend van vervangende onderdelen voor de luchtvaart tot kronen en bruggen in de tandheelkunde, tot orthopedische en prothetische innovaties, en natuurlijk, de hele prototyping-business. Sommige van deze unieke vormen zouden nooit subtractief kunnen worden geproduceerd. Zelfs voor degenen die kon worden bewerkt of gegoten tegen lagere kosten per stuk, kan geen van beide methoden de bijna onmiddellijke levertijden benaderen die 3D-laserprinten van metaal mogelijk heeft gemaakt.

Laserprinten van metaal kan ook de hoeveelheid afvalmateriaal in het productieproces verminderen. Waar traditionele subtractieve snijmethoden het verwijderen van materiaal inhouden om een ​​vorm te creëren, bereikt 3D-laserprinten van metaal een vorm door alleen het benodigde materiaal toe te voegen.

Zolang het metaalpoeder beschikbaar is, is 3D-laserprinten flexibel in termen van de metalen die het kan gebruiken, zoals titanium, roestvrij staal, Inconel en kobaltchroom , evenals messing, koper, brons en edele metalen zoals goud, zilver en platina. Hoewel de uitdagingen van 3D-laserprinten in een inerte atmosfeer zijn overwonnen, blijft het onmogelijk om bepaalde metalen goed te gloeien. Terwijl wolfraam bijvoorbeeld kan worden 'geconstrueerd' via 3D-printen, is het resulterende blok wolfraammetaal te broos om bruikbaar te zijn.

Nadelen van laserprinten voor metalen onderdelen

Additief 3D-laserprinten staat zeker bekend om het onmogelijke mogelijk maken, maar hoe zit het met precisie? Is 3D-printen een goede methode om kleine metalen precisieonderdelen te maken?

Laten we eens kijken naar DMLS, de meest volwassen en goed ontwikkelde methode, waarbij de belangrijkste variabelen voor dimensionale precisie zijn:

• De grootte van de poederdeeltjes
• De hoogte-intervallen van de lifttrappen
• De grootte van de laserstraal

Elk van deze factoren bepaalt de maattoleranties. Grote metaalpoederdeeltjesgrootte zorgt voor grotere stappen. De hoogte van elke poederlaag bepaalt op dezelfde manier de toleranties die kunnen worden bereikt.
En waarschijnlijk de belangrijkste variabele is de grootte van de laser. Dit is waar een kleine straal je meer precisie geeft, en een grotere straal produceert meer onnauwkeurige afmetingen. Het probleem is dat een kleinere laserstraal minder warmte genereert - en dat betekent dat het langer duurt om zijn werk te doen. U kunt dus een onderdeel hebben dat zeer nauwkeurig en/of heel klein, maar het duurt veel langer om te produceren, wat op zijn beurt de kosten verhoogt.

Er zijn andere manieren waarop het laserprinten van metaal tijdrovend is. Kijk nog eens naar de zeer populaire DMLS, waarbij elk onderdeel een klein bevestigingspunt heeft, zoals het kleine draadje dat een wespennest ophangt een veranda. Als u 10.000 lasergeprinte onderdelen heeft, betekent dit dat u 10.000 bevestigingspunten hebt die gescheiden moeten worden. Deze taak van het scheiden van de basis wordt meestal bereikt met behulp van EDM; maar welke methode ook wordt gebruikt, 10.000 keer doen verslaat de meeste, zo niet alle extra voordelen.

De realiteit is dat echte massaproductie nog steeds niet mogelijk is met 3D-laserprinten van metaal.Dit maakt het onpraktisch en kostbaar om tienduizenden zeer kleine Daarnaast zijn er de hoge initiële kosten van de 3D-printer:minstens $ 100.000 voor enkele van de nieuwste tafelbladen, die tot doel hebben de vorige disruptors te verstoren, tot meer dan $ 1 miljoen voor printers met gecontroleerde atmosfeer die worden gebruikt met metalen zoals titanium of de gigantische behuizingen die nodig zijn voor machines die zijn ontworpen om luchtvaartonderdelen te maken. Die hoge kosten betekenen dat voor welke toepassingslaserprinter ook iets unieks moet worden "toegevoegd" om te "aftrekken" van de waarde van traditionele metaalfabricagemethoden.

Wat brengt de toekomst?

We willen niet dat je denkt dat we koppig zijn of weerstand bieden tegen verandering.In feite willen we onze vriend Scott Cohen en zijn partner, David, een compliment geven. Bell, bij New Lab. Ze kennen de toekomst als geen ander, en we twijfelen er niet aan dat iemand bij New Labs op een dag enkele van de problemen zal oplossen die we nu zien.

Hoewel de ontwikkeling van 3D-laserprinters op desktopformaat - in plaats van enorme machines van industrieel formaat - de technologie toegankelijker zal maken, zien we laserprinten van metaal nog steeds niet geschikt zijn voor grote hoeveelheden kleine precisieonderdelen.In dit geval zijn kleine machines niet geschikt voor kleine onderdelen. Maar het kan natuurlijk zijn dat we op een dag ongelijk krijgen!

Voor enkele handige tips over het kiezen van de beste precisie-metaalsnijmethode voor uw metaalfabricageproject, downloadt u ons witboek Kiezen met vertrouwen:2-assige precisiesnijmethoden vergelijken.