PRUMYSL.CZ KONSTRUKTER.CZ 3D-TISK.CZ MATEMATIKA.CZ HLEDAME.CZ

Jak funguje 3D tisk metodou Direct Metal Laser Sintering

DMLS je způsob rychlé výroby kovových dílů přímo z CAD dat, založený na postupném tavení velmi jemných vrstev kovového prášku pomocí laserového paprsku.

Tato metoda byla vyvinuta v roce 1995 německou firmou Electro Optical Systems (EOS) ve spolupráci se společností Rapid Product Innovations (RPI). Ve své době to byla první komerční metoda rychlé výroby prototypů, která byla schopna vyrobit kovové díly v jediném procesu. DMLS nyní umožňuje výrobu několika tvarově odlišných součástí zároveň a také nabízí širokou škálu vlastností, od řízené porozity pro odvzdušnění či filtraci až po plně homogenní struktury, které mohou dosáhnout vyšší pevnosti než odlitky a výkovky.

Příprava výroby

Do procesního softwaru Eostate Magics jsou nejprve importována 3D CAD data vyráběného dílu. Tato jsou do pracovní stanice nahrávána přednostně ve formátu STL, přičemž je možné vkládat i jiné formáty za použití přídavných modulů pro jejich zpracování. Nezbytné je i provedení kontroly získaného nebo vytvořeného datového souboru, a to z důvodu uzavření objemu součásti pomocí sítě rovinných trojúhelníkových plošek.

Kovové díly vyrobené technologií DMLS vykazují vysokou pevnost a houževnatost.

Kovové díly vyrobené technologií DMLS vykazují vysokou pevnost a houževnatost.

Poté operátor stroje navrhne optimální výrobní pozici dílu a zvolí vhodnou tloušťku spékaných vrstev. Správná volba tloušťky vrstev (0,02 mm nebo 0,04 mm) je důležitá zejména s ohledem na přesnost a rychlost výroby – tenčí vrstva znamená vyšší přesnost, ale prodlužuje výrobní čas. Nakonec software podle druhu zvoleného materiálu přiřadí správné technologické parametry stavby a „rozřeže“ 3D data na jednotlivé vrstvy. Data jsou poté odeslána do DMLS zařízení (např. Eosint M270). Dále je do pracovní komory zařízení upnuta ocelová platforma, na které jsou vyráběné díly stavěny.

Zpracování výrobku

Jakmile je vše správně nastaveno, může začít vlastní proces výroby dílu. Dávkovací zařízení nastaví množství prášku pro jednu vrstvu, a rameno s keramickým břitem rozprostře na povrch ocelové platformy rovnoměrnou vrstvu prášku podle zvolené tloušťky.

Řídicí program stroje ovládá proměnné zaostření paprsku laseru a také jeho trajektorii v oblasti geometrie součásti – souřadnice X a Y. Osa Z je řízena posunem platformy o 20 μm při každé změně vrstvy, což umožňuje dodržení tvarových tolerancí v rozmezí ± 0,1 mm. V místě dopadu laserového paprsku o výkonu 200 až 400 W je kovový prášek lokálně roztaven. Dochází k jeho protavení k podkladové vrstvě a následnému tuhnutí do pevného stavu.

V průběhu stavby dílu je nezbytná fixace správné polohy dílu pomocí podpůrné struktury, která je ukotvena k základní ocelové platformě a je stavěna zároveň s výrobkem. Ocelová platforma zároveň odvádí teplo vznikající při spékání, takže roztavený kov tuhne velmi rychle.

Možnost přesně definovat strukturu dílu, a také recyklovatelnost nevyužitého prášku, vedou k minimální spotřebě materiálu.

Možnost přesně definovat strukturu dílu, a také recyklovatelnost nevyužitého prášku, vedou k minimální spotřebě materiálu.

Pro většinu používaných materiálů je pracovní komora stroje vyplněna dusíkem, a to z důvodu ochrany vyráběných dílů před oxidací. Nevyužívá se plněný dusík, protože integrovaný generátor je zásobován tlakovým vzduchem, ze kterého pouze odděluje molekuly dusíku. V případě aplikace titanu jako stavebního materiálu se pro vytvoření ochranné atmosféry používá argon.

Dokončovací práce

Po zakončení výrobního procesu je platforma s výrobky vyjmuta z pracovního prostoru zařízení a díly jsou odděleny od platformy. Nespotřebovaný prášek je přemístěn odsáním do zásobníku a z 98 procent je znovu použit pro další výrobu.

Dokončovací operace jsou nezbytnou součástí výrobního procesu. Nejprve je nutno odstranit podpůrné struktury z povrchu výrobku a poté lze povrch dále tryskat, brousit, leštit či obrábět stejným způsobem, jako klasický kovový materiál

Možnosti využití

Spektrum aplikací metody DMLS je velmi široké – od prototypů, přes malosériové díly až po finální, individualizované výrobky. Výhody procesu rostou společně s tvarovou komplexností dílů. Čím je geometrie výrobku složitější co do tvaru a četnosti výskytu detailních prvků, tím je metoda DMLS ekonomicky efektivnější. A právě možnost přímé výroby tvarově složitých součástí, které se klasickými technologiemi musí vyrábět z několika dílů, s sebou přináší úspory výrobních nákladů, zkrácení doby kompletace a zvýšení spolehlivosti.

Proces DMLS umožňuje aplikovat drobné konstrukční variace pro každý jednotlivý díl, tzn. výrobu produktů optimalizovaných dle individuálních požadavků zákazníka. Díky zpětnému využití nespotřebovaného prášku pro další výrobu je tato výrobní metoda nejen ekonomická, ale zároveň ekologická.

Pracovní prostor zařízení Eosint M270 je 250 × 250 × 215 mm. Tento rozsah umožňuje výrobu dílů malé až střední velikosti v rozmezí několika hodin či dnů oproti dnům až týdnům při využití tradičních technologií a výrobních nářadí (formy, lisovací nástroje atd.). Po spuštění procesu zařízení pracuje v plně automatickém režimu 24 hodin denně. Metoda DMLS je vhodná zejména tam, kde není třeba vyrábět velké množství identických dílů a s jeho využitím lze pružně reagovat na požadavky trhu nebo vytvářet optimalizované produkty dle přání zákazníka.

Prezentace společnosti Innomia, napsal Luboš Rozkošný.

www.innomia.cz

Mohlo by vás také zajímat

Přidejte k článku svůj komentář

Komentář podléhá autorizaci ze strany redakce, proto se nezobrazí ihned po vložení. Vyhrazujeme si právo odstranit příspěvky, které jsou v rozporu s dobrými mravy nebo platnou legislativou. Slušnou a konstruktivní diskusi vítáme!