SLM 3D Printing service

Proces

Het SLM (Selective Laser Melting, nl: selectieve lasersmelten) is een 3D-printtechnologie met een metal als werkmateriaal (metal 3d printing). Elke laag wordt eerst in poedervorm op de daaronder liggende vaste laag aangebracht. Het metalen poeder wordt dan d.m.v. laserstraling lokaal gesmolten en vormt na het stollen een vaste materiaallaag waarop dan de volgende poederlaag aangebracht kan worden. De laagdikte ligt in de regel tussen de 15 en 500 µm. De smelttemperatuur kan bereikt worden met een laservermogen tussen 100 en 5000 W. Om het oxideren van het metalen poeder te voorkomen, verloopt het proces in een luchtdichte ruimte die gevuld is met een inerte atmosfeer van bijvoorbeeld argon of stikstof. Het voltooide onderdeel kan na het afkoelen en schoonmaken direct gebruikt worden, of het kan verder worden verwerkt. De maximale afmeting van de vervaardigde onderdelen (“build envelope”) ligt doorgaans tussen 125 x 125 x 75 mm en 500 x 280 x 825 mm, afhankelijk van het printermodel.

Materialen

De materialen die voor metal-3D-printing, daaronder voor SLM in aanmerking komen, zijn in de regel door het versproeien gepulveriseerde metalen zonder bindmiddel. Voorbeelden zijn

Ook gepulveriseerde keramiek is geschikt voor 3D-printing met SLM. Materialen kunnen voor specifieke machines en toepassingen gecertificeerd worden. De grootte van de poederpartikels wordt gekozen afhankelijk van de gewenste kwaliteit.

De brede keuze aan materialen voor 3D-metal-printing maakt een grote aantal van toepassingen mogelijk, van chemische industrie en werktuigbouw tot lucht- en ruimtevaart, implantologie en prothesebouw.

Eigenschappen van geprinte onderdelen

Onderdelen die door SLM zijn geproduceerd, onderscheiden zich door een relatief hoge relatieve materiaaldichtheid van tot 99,98%, waardoor chemische, elektromagnetische, maar ook mechanische eigenschappen van de met SLM geprinte componenten bijna gelijk zijn aan deze van het materiaal zelf. 

Door een suboptimaal gekozen laservermogen en/of snelheid van het proces kunnen grotere of kleinere microstructurele defecten gevormd worden. Een vaak optredend defect is poriënvorming en inhomogeniteiten door convectiestromen en ongelijkmatig afkoelen van het gesmolten metaal. Deze defecten kunnen geminimaliseerd worden door het laservermogen en de processnelheid optimaal te kiezen, echter moet er in sommige toepassingen ook met kleinste defecten en inhomogeniteiten rekening gehouden worden.

Er kunnen ook objecten met een selectieve, lokaal variërende dichtheid geprint worden, waarbij de dichtheid lokaal wordt aangepast na bijvoorbeeld bionische principen of om lokaal selectieve elasticiteit te bereiken in lichtgewicht-componenten in de ruimte- en luchtvaart of implantologie (zie afb. 2). De dichtheid kan selectief gereduceerd worden door de geprinte structuren poreus te maken of door grotere holtes in het werkstuk te maken.

Bijzondere aspecten van SLM tegenover conventionele hersteltechnieken

Zoals alle 3D-print-processen, heeft ook metal-3D-printing, oftewel SLM, het systematische voordeel van productiekosten die niet direct van de geometrische complexiteit van het ontwerp afhangen, omdat het produceren van een 3D-object tot het produceren van meerdere 2D-lagen wordt “versimpeld”. Ook het maken en gebruiken van werktuigen ontvalt, 3D-printen is in het wezenlijks gereedschapsloos.

Omdat metalen componenten conventioneel met gieten of frezen worden geproduceerd, zullen we onderaan SLM voornamelijk met deze technieken vergelijken.

Dankzij de hoge relatieve dichtheid van de met SLM geprinte componenten zijn hun mechanische eigenschappen te vergelijken met degene van de componenten die met een gietproces worden geproduceerd. Door het wegvallen van de voor het gieten benodigde gietvormen en gereedschappen worden de hersteltijd en de marktintroductietijd (time to market) door SLM gereduceerd. Ook biedt SLM een hogere geometrievrijheid tegenover gieten en frezen. De geometrievrijheid maakt het produceren van complex gevormde componenten mogelijk, die met gietprocessen of frezen alleen met veel moeite of helemaal niet geproduceerd kunnen worden.

De bovenbeschreven mogelijkheid de dichtheid selectief te maken bestaat niet in conventionele technieken. Selectieve dichtheid biedt zeer veel ruimte voor de topologische optimalisatie en voor creativiteit bij het ontwerpen van componenten, dit speelt zeker een rol in lichtbouw, in lucht- en ruimtevaart en in implantologie/bionica.

Gieten is gebonden aan gietvormen, waarvan de productiekosten op de eindproductprijs moeten worden omgeslagen. Dit is vaak pas vanaf grotere series economisch zinvol. Bij SLM bestaat deze economische beperking niet, waardoor SLM bijzonders geschikt wordt voor het produceren van prototypen en unicaten van metalen componenten.

Hoe complexer het onderdeel hoe opmerkelijker worden de voordelen van SLM tegenover gieten en frezen. SLM maakt integratie van meerdere onderdelen en functies in één onderdeel mogelijk. Interne structuren en subcomponenten kunnen toegevoegd worden zonder extra productiekosten. Bijvoorbeeld kunnen er bij SLM kanalen en ventielen voor werkvloeistoffen geïntegreerd worden, of complex gevormde openingen voor verbindingen en scharnieren, of instrumenten en sensoren kunnen in het component als subcomponenten monolitisch verbouwd worden.

Gagat Studio biedt metal-3D-printing-diensten aan. We produceren op een SLM Solutions machine met een build envelop van 500 x 280 x 365mm. Upload uw model of neem contact met ons op voor meer informatie en advies. We zijn gevestigd in Amersfoort en helpen graag bij metal-3D-printing-projecten van uw bedrijf in heel Nederland, België of Luxemburg.