금속 3D 프린팅을 위한 SLM 선택 전 가이드

가공 기술

기술 SLM은 금속 분말에 대한 신속한 프로토타이핑 기술인 선택적 레이저 용융의 약자입니다. SLM은 완전 조밀에 가까운 금속 부품을 직접 형성할 수 있으며 바인더가 필요하지 않습니다. SLM에서 만든 프로토타입의 정확도와 기계적 특성은 SLS보다 우수하므로 3D 프린팅에서 점점 더 대중화되고 있습니다.

SLM 프로세스는 어떻게 작동합니까?

SLM 기술은 금속 분말을 완전히 녹여서 금속 부품을 직접 형성해야 하므로 고출력 레이저가 필요합니다. 고출력 레이저 빔이 스캔을 시작하기 전에 수평 분말 롤러가 먼저 처리실의 기판에 금속 분말을 퍼뜨릴 필요가 있습니다. 그런 다음 레이저 빔은 현재 레이어의 윤곽 정보에 따라 기판의 분말을 선택적으로 녹이고 현재 레이어의 부품 윤곽을 가공합니다. 그 후 리프팅 시스템은 한 층 두께로 떨어집니다. 분말 살포 롤러는 처리된 층에 금속 분말을 다시 펴고 장비는 다음 층의 공정에 들어갑니다. 모든 레이어는 전체 부품이 완성될 때까지 이와 같이 처리됩니다. 금속이 고온에서 다른 가스와 반응하는 것을 방지하려면 전체 가공 공정을 진공 또는 가스 보호 처리 챔버에서 수행해야 합니다.

SLM의 장점은 무엇입니까?

SLM 기술의 레이저 빔은 금속 분말을 빠르게 녹이고 지속적인 용융 경로를 얻을 수 있습니다. 고정밀, 완전 야금 구조 및 거의 임의의 모양으로 거의 조밀한 금속 부품을 즉시 얻을 수 있습니다. SLM 표준의 금속 밀도는 99% 이상으로 기계적 특성이 우수하고 기존 공정과 비교할 수 있습니다. 또한 필요한 경우 SLM으로 가공된 부품을 용접할 수 있습니다. 사용 가능한 재료의 유형도 계속 증가할 것입니다. SLM의 더 많은 장점이 아래에 나열되어 있습니다.

1. 직접 금속 레이저 소결. 금속 부품은 SLM에서 직접 만들 수 있으며 더 이상 중간 프로세스가 없습니다. 복잡한 모양의 기능 부품도 직접 만들 수 있습니다.

2. 고품질 레이저 빔. SLM은 마이크로 포커싱 스폿을 수용하는 우수한 레이저 빔 품질을 가지며 고정밀 및 좋은 조도 표면을 가진 기능 부품을 직접 생산할 수 있습니다.

3.완전히 녹는다. 모든 금속 분말이 완전히 녹습니다. 직접 만든 금속 기능 부품은 야금 구조, 고밀도 및 우수한 기계적 특성을 가지며 후처리가 필요하지 않습니다.

4. 여러 사용 가능한 재료. 분말의 원료는 단일 재료 또는 다중 구성 재료가 될 수 있으며 특별히 공식화 할 필요가 없습니다.

5. 낮은 배치 친화적. 기능 부품 가공, 특히 단일 부품 또는 소량 생산에 적합합니다.

SLM 기술의 한계는 무엇입니까?

현재 SLM 기술에는 많은 한계가 있습니다.

SLM의 한계는 분체 번짐 불량과 인쇄 가공 불량으로 나눌 수 있다. 예를 들어, 분말 퍼짐 결함에 불규칙한 분말 층이 있습니다. 인쇄가공의 불량으로 스플래쉬, 볼링, 기공, 표면 품질 불량, 크랙, 기하학적 변형 등이 있습니다.

1.볼링

구상화 또는 볼링은 금속 기반 분말 베드의 제조 공정에서 독특한 야금학적 결함입니다. 구상화는 액체 금속이 표면 장력의 작용에 따라 구형으로 응고될 때 발생합니다. 레이저 빔의 에너지 밀도가 높거나 낮으면 이러한 현상이 발생할 수 있습니다. 에너지가 너무 낮으면 금속 분말이 완전히 녹지 않아 구상화 현상이 발생합니다. 에너지가 너무 높으면 액체 금속이 녹지 않은 금속 분말에 튀어 구상화를 형성합니다. 구상화는 다음 층의 분말 퍼짐 품질, 구성 요소의 표면 품질에 영향을 미치고 또한 불량한 융합 및 슬래그 포함과 같은 결함으로 이어집니다. 또한 구상화는 구성 요소의 인장 강도와 피로 저항을 감소시킵니다. 구상화를 줄이고 방지하는 효과적인 수단은 인쇄 프로세스를 최적화하고 매개변수의 최적 조합을 찾는 것입니다.

2.모공

다공성은 SLM 부품의 가장 중요한 결함 유형이며 SLM 부품의 기계적 특성에 가장 큰 영향을 미치는 결함 중 하나입니다. 그것은 또한 산업과 학계의 초점 중 하나입니다. SLM 공정에서 재료의 급속한 용융 및 응고와 용융 풀의 격렬한 변동으로 인해 기공이 생성됩니다. 기공의 크기, 수, 형태 및 위치는 구성 요소의 기계적 특성에 중요한 영향을 미칩니다. 다공성이 높으면 성형 부품의 피로 수명이 단축됩니다. 표면에 가까운 기공은 다른 위치보다 성형 부품의 피로 성능에 더 큰 영향을 미칩니다. 기공의 형성 메커니즘에 따라 원료와 관련된 기공과 레이저 작용에 의한 기공으로 나눌 수 있습니다.

기공의 생성 과정은 매우 복잡하고 공정 매개변수와 밀접하게 관련되어 있습니다. 합리적인 인쇄 공정과 소재 사용 빈도에 대한 중단 없는 공정 최적화는 기공 발생을 방지하는 데 여전히 중요한 조건입니다.

3.기하학적 변형

SLM 프로세스에서 기하학적 특징, 열 축적, 응력 집중 및 기타 구성 요소로 인해 다양한 정도의 기하학적 결함이 형성됩니다. 가벼운 정도는 변형을 일으켜 치수 오차를 일으켜 불완전한 구조를 만들고 가공 공정을 실패하게 만듭니다.

SLM 구성 요소의 기하학적 정확도는 구성 요소의 조립 및 성능에 영향을 미칩니다. 연구에 따르면 다양한 스캐닝 방법이 온도 필드에 중요한 영향을 미치며, 이는 부품의 잔류 응력 분포와 기하학적 변형에 영향을 미칩니다. 레이저 스폿, 출력 및 스캔 속도는 치수 정확도와 표면 품질에 영향을 미치고 구성 요소를 개선하면 기하학적 정확도가 SLM 기술의 산업 응용을 크게 촉진할 것입니다.

결론

SLM 공정의 주요 결함은 볼링, 뒤틀림 변형 및 기공입니다. 그리고 SLM 부품의 기계적 특성은 CNC 가공 금속 부품만큼 좋지 않습니다. 동시에 처리 속도가 매우 느리고 가격도 비쌉니다. 정밀도와 표면 품질도 제한적입니다.

적용분야

현재 SLM 기술은 주로 산업 분야에서 사용되며 복잡한 금형, 개인 맞춤형 의료 부품, 항공 우주 및 자동차 등에서 놀라운 기술적 이점을 가지고 있습니다.

1. 항공우주

기존 항공우주 부품의 가공 시간은 매우 길며 밀링 과정에서 고가의 재료를 최대 95%(부피)까지 제거해야 합니다. SLM 방법을 사용하여 항공 금속 부품을 형성하면 비용을 절감하고 생산 효율성을 크게 높일 수 있습니다. Ti-6Al-4V(Ti64)는 저밀도, 고강도, 우수한 가공성, 우수한 기계적 물성 및 우수한 내식성의 특성을 가지고 있습니다. 항공 우주 부품에서 가장 널리 사용되는 재료 중 하나입니다.

2. 의생명분야

SLM 기술은 의료 산업에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 점차적으로 SLM은 정형외과 임플란트, 맞춤형 보철물 및 보철물, 맞춤형 맞춤형 치열 교정 브래킷 및 치과 수복물의 제조에 사용됩니다. 예를 들어, 316L 스테인리스 스틸 척추 수술 가이드는 SLM 기술로 형성할 수 있습니다. SLM 성형으로 맞춤형 슬관절 인공관절을 제작할 수 있습니다.

심혈관 스텐트의 전통적인 제조 공정은 마이크로튜브 생산과 레이저 마이크로 절단을 기반으로 합니다. 이제 SLM 기술을 사용하여 코발트-크롬 합금 심혈관 스텐트를 형성할 수 있습니다. 예를 들어, Ti-6Al-4V 인공 비구 외피는 SLM 기술로 형성되며, 인공 비구 외피의 형성 효과는 SLM 프로세스의 프로세스 매개변수를 분석하고 최적화하여 향상됩니다.

3. 금형 산업

금형 산업에서 SLM 기술의 적용에는 주로 스탬핑 금형, 단조 금형, 주조 금형, 압출 금형, 와이어 드로잉 금형 및 분말 야금 금형이 포함됩니다. 예를 들어 Armillotta 등은 SLM 기술을 사용하여 등각 냉각 채널이 있는 다이캐스팅 몰드를 형성했습니다. 실험 결과 등각 냉각의 존재는 분무 냉각 횟수를 줄이고 냉각 속도를 증가시키는 것으로 나타났습니다. 동시에 냉각 효과가보다 균일하고 주조 표면의 품질이 향상되며 사이클 시간이 단축되고 수축 현상이 방지됩니다.