Каков типичный объём построения в металлическом SLS и как производят крупные детали?
С точки зрения производственной инженерии, рабочий объём (build volume) систем металлического SLS (также известных как DMLS или LPBF) является ключевым фактором, определяющим возможность изготовления крупных компонентов за один цикл. Хотя стандартные установки уже обеспечивают значительные размеры построения, отрасль разработала надёжные методы для обработки деталей, выходящих за эти пределы.
Типичные рабочие объёмы металлических SLS-систем
Рабочая камера промышленных установок металлического SLS не стандартизирована, но имеет общие диапазоны. Большинство промышленных машин таких производителей, как EOS, SLM Solutions и 3D Systems, обеспечивают объёмы примерно следующего уровня:
Стандартный промышленный диапазон: примерно 250 мм × 250 мм × 325 мм до 400 мм × 400 мм × 400 мм (10" × 10" × 13" до 15.7" × 15.7" × 15.7"). Эти размеры подходят для большинства деталей, используемых в таких отраслях, как аэрокосмическая и авиационная промышленность (кронштейны, сопла) и медицинские изделия (имплантаты).
Крупноформатные системы: Для более требовательных применений существуют установки увеличенного объёма. Машины от компаний, таких как Velo3D, SLM Solutions и GE Additive, могут обеспечивать размеры до 600 мм × 600 мм × 600 мм или даже 800 мм × 400 мм × 500 мм. Такие системы применяются для производства крупных конструкционных компонентов, корпусов турбин и элементов промышленного оборудования.
Стратегии для изготовления крупногабаритных деталей
Когда размеры детали превышают доступный объём построения, применяются несколько инженерных подходов:
Сегментация детали (наиболее распространённый подход): Компонент разделяется на несколько сегментов, которые помещаются в рабочую камеру. Это не простое «разрезание», а инженерное проектирование соединений.
Интегрированные соединительные элементы: Сегменты проектируются с зацепляющимися элементами, фланцами или пазами «шип-паз» для точного совмещения при сборке.
Соединение после печати: После печати и постобработки сегменты соединяются с помощью надёжных методов. Предпочтительные варианты — сварка (в частности, TIG или электронно-лучевая), создающая монолитную структуру, или вакуумная пайка для некоторых сплавов. Для разъёмных соединений используются механические крепления с заранее спроектированными отверстиями под болты.
Гибридное производство: В этом подходе крупная простая основа изготавливается традиционным методом, например, методом ЧПУ-обработки или литья. Затем сложные, оптимизированные по топологии элементы достраиваются на этой основе с использованием технологии металлического SLS. Это эффективный метод для добавления охлаждающих каналов или облегчённых решётчатых структур на массивные базовые детали.
Оптимизация конструкции под объём установки: Часто деталь можно расположить диагонально в камере, чтобы увеличить максимальную печатаемую длину. Также возможно переработать саму конструкцию, уменьшая габариты без потери функциональности.
Инженерные аспекты при производстве крупных деталей
Управление напряжениями: Крупные детали подвержены значительным остаточным термическим напряжениям во время построения. Это требует тщательной настройки параметров и может потребовать термообработки для снятия напряжений, пока деталь ещё находится на платформе, чтобы предотвратить деформации или трещины.
Опорные структуры: Большие плоские поверхности склонны к короблению. Для них необходимы массивные опоры, что увеличивает расход материала, время печати и объём постобработки при их удалении.
Управление порошком: Крупные детали требуют большого количества дорогостоящего металлического порошка. Стоимость и обработка этого порошка, включая просеивание и повторное использование, становятся значимыми факторами.
Сложности постобработки: Для обработки, пескоструйной очистки и термообработки крупных деталей требуются соответствующие промышленные установки, включая печи увеличенного размера для проведения горячего изостатического прессования (HIP).
Таким образом, хотя стандартные рабочие объёмы металлических SLS-систем подходят для большинства применений, технологии не ограничиваются ими. Благодаря инженерным стратегиям сегментации, гибридным подходам и крупноформатным установкам, современное производство способно изготавливать очень большие и сложные металлические компоненты, используя все преимущества аддитивного производства.
