Последние два десятилетия активно развивается альтернативный способ создания трехмерных объектов, получивший название «быстрое прототипирование». В отличие от классического формообразования, где от заготовки отсекается все лишнее и за счет этого получается деталь, при быстром прототипировании деталь «выращивается» послойным добавлением материала. Такой подход позволяет создавать уникальные изделия, которые практически невозможно получить традиционными методами. Наиболее ярким представителем технологий быстрого прототипирования является метод селективного лазерного спекания. Данный метод имеет огромный потенциал для развития возможностей отечественного проектирования и производства.
Селективное лазерное спекание
В методе селективного лазерного спекания порошковый материал послойно спекается лазерным излучением. Для этого нужны мелкодисперсные термопластичные порошки с хорошей вязкостью и быстро затвердевающие, например, полимеры, воск, нейлон, а также керамические или металлические порошки с добавкой легкоплавкого связующего [1].
Разновидностью технологии SLS является метод прямого лазерного спекания металлов (DMLS), ориентированный, на работу с чистыми металлическими порошками.
Лазерное спекание позволяет работать с широким ассортиментом металлов, включая сталь, титан, никелевые сплавы, драгоценные материалы и др. Единственным недостатком технологии можно считать пористость получаемых моделей, что ограничивает механические свойства и не позволяет добиться прочности на уровне литых аналогов.
ТЕХНОЛОГИЯ
Технология SLS предполагает использование лазерного излучения с высокой мощностью (например, лазер на диоксиде углерода) для того, чтобы плавить небольшие частицы пластика, металла, керамические или стеклянные порошки в массу, которая имеет желаемую трехмерную форму.
Лазерное спекание порошков представляет собой многократно повторяющийся процесс, включающий несколько стадий:
- нагрев порошка в рабочей камере до температуры, близкой к его плавлению;
- нанесение порошкового слоя и выравнивание его роликом;
- лазерная обработка (сканирование) порошкового слоя;
- чистка полученного слоя;
- сдвиг столика с образцом вниз на величину толщины одного слоя;
- повторение всего процесса, т.
е. нанесение следующего порошкового слоя, лазерное сканирование и т.д.
Разработка автоматического управления процесса сушки полидисперсных ...
... позволяет повысить экономичность процесса. В химических производствах, как правило, применяется искусственная сушка материалов в специальных сушильных установках, так как естественная сушка на открытом воздухе - процесс слишком длительный. Процесс сушки ... теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку; радиационную сушку, при которой тепло передается тонкому слою материала, либо поверхности ...
Обработка осуществляется в вакуумной либо наполненной инертным газом камере. В итоге работы получается готовая модель с пористой шероховатой поверхностью. После изъятия модели излишки порошка в камере удаляются встряхиванием или зачисткой специальным шпателем [2].
Рис. 1. — Технология селективного лазерного спекания
Достоинства SLS:
— прочность;
- возможность печати с высокой детализацией;
- термостойкость;
- пригодность для вторичной переработки;
Недостатки SLS:
- самые большие в сравнении с прочими материалами энергетические затраты;
- высокие требования к атмосфере, в которой происходит процесс печати.
- пористая и шероховатая структура изделия;
- низкая скорость процесса [3].
МАТЕРИАЛЫ
Диапазон используемых материалов в SLS-методе довольно широк. Некоторые SLS устройства используют однородный порошок, производимый с помощью барабанно-шаровых мельниц, но в большинстве случаев используются композитные гранулы с тугоплавким ядром и оболочкой из материала с пониженной температурой плавления.
SLS отличается высокой универсальностью в плане выбора расходных материалов. Сюда входят различные полимеры (например, нейлон или полистирол), металлы и сплавы (сталь, титан, драгоценные металлы, кобальт-хромовые сплавы и др.), а также композиты и песчаные смеси.
Металлический порошок — самый прочный из материалов, используемых в селективном лазерном спекании. Представляет собой измельчённые в порошок или мелкую стружку металлы. Используется для создания металлизированного покрытия или изготовления полностью металлических изделий — как прототипов, так и реально действующих деталей и узлов.
На сегодняшний день номенклатура металлических композиций имеет широкий спектр материалов на основе Ni и Co (Co-Cr-MO, Ni-C-rMo), Fe (инструментальные и нержавеющие стали), Ti, Al. Производятся порошки бронз, специальных сплавов, а также драгоценных металлов — главным образом для нужд дентальной медицины [4].
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
Из металлических порошков «выращивают» заготовки пресс-форм, специальные инструменты, оригинальные детали сложной конфигурации, которые затруднительно или невозможно получить литьем или механообработкой, импланты и эндопротезы, и многое другое. Уже сейчас при штучном и мелкосерийном производстве зачастую становится экономически выгодным «вырастить» небольшую партию деталей на SLS-машине, чем изготавливать литейную или штамповую оснастку [5].
Сейчас одним из лидирующих направлений, в рамках которого развивается селективное лазерное спекание, является искусство. Такая технология позволяет переносить любые авторские задумки из электронной формы в материальную.
В настоящее время технология SLS широко используется в авиа- и машиностроении, космонавтике, архитектуре и дизайне, а также в дентальной медицине.
селективный лазерный спекание
ВЫВОДЫ
У метода селективного лазерного спекания невероятно много преимуществ, которые обеспечивают постоянно высокие рейтинги. Среди остальных особенно стоит отметить использование огромного количества нетоксичных и недорогих материалов, возможность одновременного создания нескольких моделей, а также низкие напряжения и деформации [6].
Электронный луч в технологии
... для распыления различных материалов. При"плавке и испарении в вакууме для нанесения пленок и покрытий используют мощные (до нескольких МВт) электронно-лучевые печи при ускоряющем напряжении ... получения конденсаторов с высокими скоростями осаждения, образования дефектов обработки. Электронный луч в технологии Электронно-лучевое воздействие на металлы, приводящее к их нагреву, плавлению и ...
Метод SLS имеет невероятные перспективы в различных областях его применения: от архитектуры до космонавтики. Остается только представить, каких высот может достичь индустрия 3D печати через несколько десятков лет.
ЛИТЕРАТУРА
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/yi-po-lazernomu-spekaniyu/
1. Назаров А.П., Окунькова А.А. Типовые образцы изделий, получаемых методом селективного лазерного спекания / Вестник СГТУ, М.,2012, №3, 83 с.
2. Кривилев М. Д., Харанжевский Е. В., Гордеев Г. А., Анкудинов В. Е. Управление лазерным спеканием металлических порошковых смесей / Управление большими системами: сборник трудов, М., 2010, №31, 24 с.
3. 3DP.SU [Электронный ресурс] / URL: — (дата обращения: 16.09.2015)
4. Тимошенко Ю.Н, Сизова Е.И., Белянкина О.В. Аддитивные технологии в горнодобывающей отрасли. [Электронный ресурс] / URL: http://rosgorprom.com
5. Дорохов А. Ф., Абачараев М. М. Аддитивные технологии в производстве корабельной энергетики / Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология., 2015, №2, 45 с.
6. Шестакова Е. А., Шайхутдинова Е. Ф., Янбаев Р. М., Янбаев Ф. М. Технологии селективного спекания для авиастроения / Ползуновский альманах, 2014, № 2 [Электронный ресурс] / Электрон. Журн. — Режим доступа к журн.:
Северо-Западный политехнический университет Китая использует DMLS системы (прямое лазерное спекание металлов) для производства элементов конструкции самолетов.
30 марта 2015 г. впервые в мире резидент «Сколково» — российская лаборатория 3D Bioprinting Solutions — напечатал на отечественном биопринтере органную конструкцию щитовидной железы мыши. Если эксперимент завершится успешно, следующим шагом станет печать органов для человека.
