Сегодня мы поговорим о промышленных SLM 3D-принтерах, которые смогли упростить производство в разных промышленных отраслях.
В отличие от других методов 3D-печати, SLM интересны тем, что позволяют работать с металлами, такими как сталь, титан, алюминий и другие, это делает их идеальными для создания прочных высокотехнологичных компонентов.
О технологии SLM
Для начала разберемся как работает SLM-принтер. SLM (Selective laser melting, 3D-печать металлом) – технология изготовления металлических изделий сложных пространственных форм при помощи плавления порошковых составов лазером.
В качестве материала используются различные металлические порошки, которые точечно спекаются при помощи мощного лазера. Эта технология наиболее старая и распространенная среди 3D-печати металлами. Толщина слоя порошка может составлять от 15 до 100 микрон и это позволяет печатать с потрясающей точностью.
Особенность SLM заключается в точности и минимизации отходов материала. Принтеры создают объекты слой за слоем, что позволяет использовать металл более эффективно и сократить количество отходов, что особенно важно при работе с дорогими материалами.
Список применяемых материалов достаточно обширный, в него входят даже высокотемпературные сплавы, а также материалы, что с трудом обрабатываются классическим способом.
- Нержавеющая сталь - 316L, 12Х18Н10Т и аналоги
- Жаропрочные сплавы - Inconel 718, ЭП648 и аналоги
- Химически стойкие сплавы, чаще на никелевой основе Inconel 904L
- Сплавы Кобальт-Хрома - КХ28
- Титан марок ВТ6, ВТ1
- Сплавы на основе алюминия RS-333 (РС-333); RS-553 (РС-553)
Плюсы и минусы
Сначала о преимуществах SLM-принтеров:
- Технология используется уже давно, и поэтому есть большой выбор производителей. Можно легко найти принтер для своих задач.
- Пока что именно SLM обеспечивает самую высокую плотность среди всех технологий печати металлом.
- Можно изготавливать крупногабаритные детали.
- Можно использовать разные металлические порошки, даже тех металлов, которые сложно обрабатывать классическими методами (хотя для “печати” некоторыми нужно выбирать принтеры, камеру которых можно заполнить инертным газом).
- Можно изготавливать детали со сложной геометрией, которые не получится изготовить традиционными методами.
Теперь несколько слов о минусах:
- Стоимость расходников. Со временем стоимость конечно снижается, но пока цена за 1кг металлического порошка остается достаточно высокой.
- Готовые изделия получаются с шероховатой поверхностью. Если нужно изделие с максимально гладкой поверхностью ее придется дополнительно обработать. Средняя шероховатость поверхности (Ra) составляет около 3,2–10 мкм (4-5 класс).
- Нужно учитывать особенности материалов. Например тонкостенные изделия (тоньше 0,5мм) не всегда могут быть напечатаны без разрушений и деформаций.
- Постобработка. Это не совсем минус, но стоит учитывать, что модель обычно печатается на металлической подложке, с которой ее придется срезать, поддержки тоже выламываются не так просто.
Но несмотря на это, SLM 3D-принтеры уже активно используются в различных областях, превосходя и заменяя собой традиционные методы производства.
Примеры применения
Рассмотрим отрасли в которых SLM 3D-принтеры нашли свое применение.
Медицина
SLM-технология успешно используется в медицинской отрасли, помогая спасать жизни множеству людей. Такие 3D-принтеры успешно применяются для изготовления индивидуальных протезов со сложной сетчатой структурой.
Например, это напечатанный, ацетабулярный колпачок, который часто используется для протезирования тазобедренного сустава. Пористая поверхность такого импланта, позволяет ему лучше интегрироваться в сустав и обеспечивает большую стабильность за счет врастания кости.
Или, например, вот такие челюстно-лицевые импланты. Данный имплант необходимо создавать с учетом анатомических особенностей пациента. Каждый имплант индивидуален и создается на основе данных, полученных при помощи компьютерной томографии.
Изготовление индивидуальных имплантов при помощи SLM получается намного выгоднее и быстрее, чем традиционными способами, например, при помощи фрезерных ЧПУ-станков.
Помимо изготовления имплантов, SLM 3D-принтер можно использовать для печати различных хирургических инструментов, которые могут быть полезны при проведении операций.
Аэрокосмическая отрасль
В аэрокосмической отрасли каждый грамм имеет значение. А традиционные методы производства не позволяют воплотить в жизнь многие идеи проектировщиков. Здесь SLM-технология оказалась очень востребована.
3D-печать в сочетании с топологической оптимизацией позволяет создавать легкие и прочные изделия, которые было невозможно произвести традиционными методами. В таких изделиях удается уменьшить локальное напряжение, значительно снизить вес, достичь более равномерной нагрузки и реализовать более равномерное и рациональное распределение материала. При этом сложность формы никак не влияет на стоимость и скорость производства.
Турбореактивный двигатель изготовленный на SLM 3D принтере
А благодаря возможности печатать сложные внутренние структуры, можно сократить количество деталей объединяя их в одну.
А если объединить нейросети и 3D-печать, можно получить невероятные результаты. Например в Великобритании ИИ с нуля сконструировал жидкостный ракетный двигатель. На проектирование ушло менее двух недель после утверждения спецификаций. Ещё несколько дней потребовалось для 3D-печати двигателя. После сборки он запустился с первой попытки. ИИ выполнил годовую работу коллектива КБ на «отлично».
Автомобилестроение
Классические методы производства автомобилей предполагают создание нескольких прототипов, прежде чем удастся получить изделие, которое будет изготавливаться серийно.
Производство прототипов многоэтапный и трудоемкий процесс, который может упростить SLM-технология.
Металлические 3D-принтеры позволяют оперативно изменять форму детали, что значительно ускоряет процесс создания прототипов и все этапы разработки. При обнаружении ошибок их можно быстро устранить, что уменьшит затраты на разработку.
SLM помогает создавать уникальные изделия для современных и премиальных автомобилей. Кроме того, с помощью этой технологии можно производить редкие запчасти по мере необходимости, что снижает затраты на их хранение.
Можно изготавливать турбинные установки, вариаторы и т.д.
На фото: ключ от снегохода, крепление для руля горного снегохода
Производство
Технология позволяет создавать формы с каналами для охлаждения сложной формы, что повышает эффективность использования формы.
С помощью SLM можно изготавливать пресс-формы из прочных сплавов, способных выдерживать высокие нагрузки и температуру, что увеличивает срок их службы.
Использование 3D-печати снижает затраты на обработку и позволяет оперативно вносить изменения в изделие. Кроме того, SLM прекрасно подходит для изготовления мелкосерийных или нестандартных форм, что особенно ценно для производства небольшой партии продукции. Эта технология делает процесс изготовления пресс-форм и штампов более быстрым, экономичным и эффективным.
Также SLM-принтеры активно используются для изготовления запчастей. Например, в 2023 году у TDNT Engineering стартовало собственное производство комплектов запчастей для переоборудования упаковочных линий (Conversion KIT) на базе принтера 3DLAM Mid. Теперь у компании можно заказать набор из более чем 400 уникальных деталей, которые можно использовать для самостоятельной смены формата упаковки на линии розлива Tetra Pak (Швеция).
Ювелирное производство
Чаще всего в ювелирном производстве используют фотополимерные 3D-принтеры, но почему бы не печатать сразу металлом, минуя стадию снятия формы или выжигания материала. SLM-принтер способен напечатать изделия, которые невозможно сделать вручную или использовать в качестве материала сложно обрабатываемый металл.
Кроме того, благодаря возможности печати сложных структур, например ажурные элементы и узоры, можно реализовать более сложные дизайнерские решения.
Как выбрать SLM 3D-принтер
На самом деле примеров применения таких принтеров может быть множество. Но это настоящий производственный станок, а не настольный 3D-принтер, поэтому стоит учитывать много факторов при выборе фирмы и модели.
- Материалы доступные для печати.
- Размер рабочей области. Рабочая область определяет, какие размеры объектов вы сможете распечатать. Это особенно важно для производства крупных деталей или мелкосерийного производства. Обратите внимание на размеры рабочей области, которые различаются в зависимости от модели
- ПО. Поскольку SLM-технология имеет свои нюансы печати и подготовки моделей, то желательно, чтобы производитель предоставлял свое ПО заточенное под его принтер.
- Техническая поддержка и обслуживание. Хоть это и последний пункт но наверно самый важный.
Все-таки про SLM 3D-печать достаточно сложно найти информацию по подбору режимов и параметров печати. В этом случае особенно ценно тесное сотрудничество и возможность оперативно получать консультации для достижения оптимальных результатов. На самом деле мало кто из компаний может предоставить достойную консультацию на нужном уровне.
К счастью, промышленное SLM-оборудование выпускают не только импортные бренды, в России есть зарекомендовавшие себя производители со специализацией на SLM, с которыми гораздо проще решить возникающие вопросы и проблемы и получить полезную консультацию. К примеру, компания 3DLAM производит SLM 3D-принтеры, печатающие металлическим порошком, для промышленного использования. В модельном ряде 3DLAM на данный момент 3 принтера, которые подойдут для различных задач.
3DLAM Mini - это небольшой (по меркам промышленных принтеров) SLM 3D-принтер, который позволяет изготавливать изделия из разных металлов и сплавов.
Такой небольшой труженик хорошо подойдет для зуботехнических лабораторий, научно-исследовательских работ, образовательных учреждений, ювелирных мастерских и других областей применения, где необходимо изготовление изделий малого размера до 100 мм в высоту и 92 мм по диаметру.
Примеры печати:
3DLAM Mid - это уже более серьезный станок с достаточно большой областью построения.
Такой 3D-принтер сможет удовлетворить запросы в изготовлении деталей машиностроения, ВПК, аэрокосмической отрасли.
Примеры печати:
Компрессор турбореактивного двигателя, напечатанный на 3DLAM Mid Время печати 4.5 часа. Материал нержавеющая сталь ПР-Х15Н5Д4Б.
Игральная карта из нержавеющей стали, напечатанная на 3D-принтере 3DLAM Mid, которая показывает высочайшую детализацию. Модель без постобработки, толщина слоя 50 мкм
Фильтр-сепаратор циклонного типа из нержавеющей стали, напечатанный на 3D-принтере 3DLAM Mid. 3D-печать позволила сократить изготовление опытного образца до 4 дней. Время печати 25 часов. Высота изделия: 207 мм.
3DLAM Maxi- это 3D-принтер с внушительной областью печати, которая может использоваться для реализации разнообразных проектов.
Данный станок обладает высокой скоростью печати и, что немаловажно очень хорошей детализацией, может использоваться как для печати массивных изделий с высотой до 400 мм,ро так и для полноценного мелкосерийного производства.
Пример печати:
