Может ли металлический SLS создавать сложные детали с полостями, и как удаляется порошок?
С точки зрения производственной инженерии, возможность изготавливать сложные детали с внутренними полостями является одним из главных преимуществ технологии металлического селективного лазерного спекания (SLS), также известной как Direct Metal Laser Sintering (DMLS) или Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Эта способность принципиально отличает её не только от традиционных методов механической обработки, но и от многих других производственных технологий.
Возможность создания беспрецедентно сложных конструкций
Да, металлический SLS идеально подходит для производства деталей со сложными внутренними полостями. Процесс формирует изделие слой за слоем, сплавляя металлический порошок лазером. Окружающий неслежавшийся порошок естественным образом поддерживает деталь в процессе построения, что позволяет изготавливать такие сложные элементы, как внутренние каналы, ячеистые структуры, поднутрения и полые конструкции, которые невозможно обработать механически или отлить за один цикл. Это особенно ценно для приложений, требующих:
Контурных охлаждающих каналов: В пресс-формах для литья под давлением и инжекционного формования DMLS 3D-печать позволяет создавать охлаждающие каналы, точно повторяющие контуры полости формы, что значительно сокращает цикл и улучшает качество изделий.
Снижения массы: В аэрокосмических и авиационных компонентах внутренние решётчатые структуры уменьшают массу при сохранении жёсткости.
Оптимизации потоков: Сложные внутренние коллекторы и сопла с плавными каналами для топлива, воздуха или гидравлических жидкостей в системах автомобилестроения и энергетики.
Критически важный этап — удаление порошка
Хотя неслежавшийся порошок делает возможной такую сложность, его удаление — это важный и зачастую сложный этап постобработки. Стратегия удаления порошка закладывается ещё на стадии проектирования.
Проектирование для удаления порошка: Самый важный фактор — наличие отверстий для вывода порошка в конструкции. Внутренние полости должны быть соединены с внешней поверхностью отверстиями, достаточно крупными для свободного выхода порошка. Размер и расположение этих отверстий критичны; они должны быть предусмотрены в нижних точках и узлах, чтобы обеспечить полное удаление материала.
Первичное удаление порошка: После завершения построения и снятия детали с платформы основной объём порошка удаляется вручную. Это выполняется на специальных станциях с использованием щёток, пинцетов и сжатого воздуха. Для сложных деталей процесс может быть длительным и требует осторожности, чтобы не повредить хрупкие элементы.
Продвинутые методы удаления порошка: Для внутренних сетей сложной формы, где порошок может застревать, применяются более сложные методы:
Ультразвуковая очистка: Деталь погружается в раствор и подвергается воздействию ультразвуковых колебаний. Высокочастотные волны создают кавитацию, которая эффективно удаляет порошок с внутренних поверхностей. Это один из наиболее распространённых и результативных способов.
Виброабразивная обработка: В некоторых случаях мягкая вибрационная очистка со специальными абразивными телами помогает удалить остатки порошка. Чаще она используется для снятия заусенцев и финишной обработки.
Агрессивные методы: Иногда применяются такие технологии, как пескоструйная обработка или электрополировка, однако они в основном предназначены для окончательной обработки поверхности, а не для массового удаления порошка.
Проверка: Полное удаление порошка критично, особенно для деталей с внутренними каналами. Для контроля применяются эндоскопическое обследование (борскоп) или даже рентгеновская компьютерная томография (CT-сканирование), чтобы убедиться, что внутренние полости полностью очищены.
Инженерные рекомендации и ограничения
Размер и доступность отверстий: Существует практический предел для минимального диаметра отверстий вывода порошка. Слишком мелкие отверстия могут закупориться и не позволят порошку выйти. Поэтому всегда рекомендуется проектировать максимально возможные отверстия для удаления порошка.
Риск застревания порошка: Даже при хорошем проектировании в сложных полостях с «островными» участками или длинными узкими каналами порошок может остаться навсегда. Это увеличивает массу, ухудшает тепловые свойства и может вызвать загрязнение в эксплуатации.
Интеграция с постобработкой: Удаление порошка — лишь один из этапов. Такие детали часто требуют последующей термообработки для снятия напряжений и улучшения свойств, а критические поверхности дорабатываются с помощью ЧПУ-обработки для достижения точных размеров.
В заключение, металлический SLS не имеет себе равных при изготовлении деталей со сложной внутренней геометрией. Однако этот потенциал реализуется только при проектировании, учитывающем технологичность удаления порошка, и при строго контролируемой постобработке, гарантирующей чистоту и функциональность внутренних полостей.
