3D-печать металлами: 5 очевидных преимуществ на практическом примере



    Завихритель, изготовленный по SLM-технологии. При серийном изготовлении таких деталей сокращение стадии подготовки производства может достигать 50%

    Об особенностях и выгодах, которые способна дать предприятию технология селективного лазерного плавления (SLM), написано немало. Преимущества подобных инновационных методов лучше всего демонстрируются на практических примерах, и в этой статье мы подробно описываем технологическую цепочку аддитивного производства на основе проекта в области энергетического машиностроения. Используя металлический 3D-принтер SLM Solutions, немецкая компания PRÄWEST изготовила завихритель, позволивший существенно повысить эффективность впрыска топлива в стационарной газовой турбине.

    Применение SLM-технологии при изготовлении завихрителя


    Технология SLM была избрана компанией PRÄWEST, чтобы облегчить задачу изготовления модифицированной топливной форсунки. Этот так называемый «завихритель» служит для впрыска и равномерного распределения топлива в камере сгорания. Решающее значение здесь – обеспечить быстрое, равномерное и полное сгорание топлива за счет его оптимального распределения.

    Завихритель изготавливается из сплава на основе никеля IN 718, который отличается чрезвычайно высокой устойчивостью к коррозии. При использовании процесса SLM типичное значение предела прочности на растяжение (Rm) для данного материала равняется 1230 Н/мм².
    Использование технологии SLM при производстве завихрителя обеспечило снижение производственных затрат более чем на 65%

    Этапы процесса селективного лазерного плавления: как это происходит


    Всю технологическую цепочку изготовления можно разделить на три этапа: подготовка к печати, основной процесс и постобработка.

    1. Подготовка к 3D-печати




    Основой для каждого компонента служит трехмерная CAD-модель, которая создается в индивидуальном порядке с учетом потребностей и запросов заказчика. После этого осуществляется перенос данных из программного инструмента САПР в программное обеспечение Magics.

    На следующей далее стадии подготовки данных осуществляется выбор 3D-принтера и материалов, а также задается положение компонентов на платформе построения. Компоненты можно размещать рядом друг с другом, внутри друг друга (вкладывание) или друг над другом (упаковка). Улучшенная компоновка изделий в сочетании с возможностью одновременного производства позволяет значительно снизить затраты, поскольку, в зависимости от компонента, можно заметно снизить время выполнения установки и вспомогательных процедур.

    Создание поддержек помогает обеспечить стабильную фиксацию компонента и рассеивание тепла в ходе процесса селективного лазерного плавления.

    После этого программа SLM Build Processor (постпроцессор) автоматически или на основе заданных значений генерирует такие параметры процесса, как векторы экспонирования, скорость экспонирования, мощность лазерного излучения и расстояние между линиями штриховки. Выбранные параметры определяют толщину слоев компонента, точность выполнения поверхности и механические свойства. После «нарезки» компонента на отдельные, параллельные платформе построения слои, генерируются данные слоев — этот процесс называется «штриховкой». Толщина слоя (обычно 30-50 мкм) существенно влияет на параметры качества компонента, такие как размерная точность и качество поверхности, а также на продолжительность построения. Одновременно с подготовкой данных выполняется и подготовка 3D-принтера.

    2. Основной процесс




    Файл построения с помощью пользовательского интерфейса на базе Windows загружается в аддитивную установку, после чего производится построение компонента слой за слоем. Процесс построения представляет собой циклическое повторение операций нанесения слоя порошка и воздействия на него лазером. Частицы порошка сплавляются друг с другом вдоль контуров компонента и на тех участках поверхности, которые были определены на предварительном этапе.

    Затем подъемно-опускная платформа с платформой опускается на толщину одного слоя, и наносится еще один слой порошка. Эта последовательность действий циклически повторяется с соединением геометрий текущего слоя с геометриями предыдущего слоя. По достижении последнего слоя компонента выполнение сессии построения завершается.

    3. Постобработка




    Неиспользованный порошок удаляется из камеры построения и просеивается для повторного использования. Платформа с компонентом удаляется из 3D-принтера; остатки порошка отсасываются с помощью вакуумного устройства. На данном этапе в зависимости от предъявляемых к компоненту требований может применяться термообработка.

    После отделения компонента от платформы вручную удаляются поддерживающие структуры внутри проточного канала. На следующем далее этапе поверхности вручную зашлифовываются до необходимой шероховатости в канале; в качестве альтернативы можно подвергнуть поверхность механической обработке.

    Затем производится финишная токарная обработка с учетом величины допуска на размеры компонента и требуемого окончательного внешнего контура. При этом удаляются все поддержки, которые, возможно, еще остались на внешнем контуре. Заключительной операцией постобработки является итоговое тестирование. На этом этапе с помощью различного измерительного оборудования, координатно-измерительных машин и 3D-сканеров производится проверка компонента на предмет соответствия требованиям, указанным в чертеже заказчика и модели.

    Преимущества и особенности селективного лазерного плавления


    Снижение затрат


    Использование технологии SLM при производстве завихрителя обеспечило снижение производственных затрат более чем на 65%. Исключение двух этапов традиционного процесса также позволило более чем на один процент сократить время изготовления.

    Функциональность


    Свобода в работе с геометрией при проектировании изделий является одной из главных особенностей технологии SLM, которая позволяет улучшить функциональность компонентов. В рассматриваемом примере селективное лазерное плавление помогло оптимизировать геометрию завихрителя.

    Внутренняя решетчатая структура и дополнительные каналы позволили обеспечить функциональную оптимизацию и интеграцию. Благодаря решетчатой структуре удалось снизить массу компонента и вместе с тем сократить количество необходимых материалов и ресурсов.

    Эффективность


    Широчайшие возможности при внесении конструктивных изменений также позволяют интегрировать новые функции. В данном примере была повышена эффективность газотурбинной системы. Таким образом, высокая гибкость SLM-технологии помогает повысить эффективность компонента. Производство без оснастки позволяет вносить конструктивные изменения при более низких затратах и более коротком времени изготовления. Благодаря этому процесс селективного лазерного плавления идеально подходит как для штучного, так и для серийного производства.

    Гибкость


    Технология SLM дает возможность вносить конструктивные изменения, которые были бы невозможны при использовании традиционных методов производства по техническим или экономическим причинам. В технологической цепочке селективного лазерного плавления эти изменения требуют меньших затрат времени и денег, что делает гибкое внесение доработок более экономичным и эффективным.

    Экономия времени


    Одно из главных преимуществ SLM-технологии – сокращение времени изготовления благодаря интеграции производства за счет использования процесса, исключающего необходимость в таких дополнительных этапах, как фиксация детали и настройка. При серийном изготовлении сокращение стадии подготовки производства может достигать 50 процентов. Также практически исключается еще один вид вспомогательных процессов производства — требующая значительных затрат времени и денег подготовка данных.



    PRÄWEST: 70 лет успеха

    PRÄWEST: конкурентоспособный производитель, применяющий аддитивные технологии


    Компания PRÄWEST была основана в 1945 году и за годы своей деятельности стала динамичным и инновационным предприятием. Занимаясь контрактным производством в авиакосмической и турбомашиностроительной отраслях, компания со временем стала специализироваться на доработке конструкций сложных компонентов. Ее ультрасовременный парк оборудования включает в себя инструменты для фрезерных, токарных и шлифовальных работ, в том числе 130 фрезерных станков с ЧПУ и 24 робота.

    PRÄWEST постоянно инвестирует в новые технологии с целью удовлетворить потребности своих клиентов, и одной из сфер ее интереса является одновременная пятикоординатная обработка сложных компонентов. Эти системы позволяют обрабатывать в пяти осях компоненты с диаметром до 2500 мм и массой до 15 метрических тонн.

    Одна из приоритетных задач для PRÄWEST – обеспечение высокого уровня обслуживания клиентов. Высококвалифицированный сервисный персонал компании предоставляет постоянную круглосуточную поддержку, решая широкий спектр возникающих у клиентов проблем. Успех компании основан прежде всего на установлении долгосрочных доверительных отношений с клиентами и поставщиками, стремясь к тому, чтобы слово PRÄWEST ассоциировалось только с самым высоким уровнем обслуживания.

    Материал предоставлен компанией SLM Solutions
    iQB Technologies
    О 3D-технологиях в промышленности со знанием дела
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 17

      0
      А что толку от этого многочисленным хоббийщикам и самодельщикам? Есть ли возможность заказать печать единичных изделий без минимальной суммы заказа и прочих подводных камней?
        0
        Возможность есть, первый результат из гугла www.materialise.com/en/manufacturing/3d-printing-technology/metal-3d-printing
          0
          Увы не возможно (касательно Вашей ссылки)
          Minimum order value 100.00

          И это точно не в рублях.

          Пример

            0
            Это лишь один из тысячи сервисов которые печатают, есть и с более доступными ценами.
            www.shapeways.com/marketplace
              0
              Я к тому, что статьи с описанием технологий 3д печати только ленивый тут не публиковал. А обзоров хотя бы 10 сервисов и их открытость «народу» был бы интересен.
              Я не слишком близок к печати и вести конструктив в комментариях, поэтому обзор такой делать не возьмусь)
        0
        неужели отливать не проще и дешевле? и, кстати, из чего можно спекать? из алюминия? как мне кажется стали будут достаточно хрупкими
          0
          3D-печать — не альтернатива литью. Она помогает решить задачи, которые традиционным технологиям не под силу, например, изготовление деталей сложной геометрии, снижение веса, сокращение числа единиц в сборке. Причем делает это гораздо быстрее.
          В SLM-технологии используются разнообразные сплавы — алюминиевые, никелевые, титановые, кобальтовые и др.
          При этом механические свойства оказываются не хуже, а порой и лучше.
            0
            вот такой диск отольёте? Из титана, пожалуйста:
            image
            вот подробнее
            image
            Во что станет отливка? А в мелкой серии? А изменить рисунок под заказчика?
              0
              отливку, возможно, сделать и по частям. просто печать, скорее всего, себя не оправдает
                0
                отливку, возможно, сделать и по частям.
                гхм, проще и дешевле, говорите? Вы обратили внимание — «из частей» показанная конструкция не собирается? Или уж совсем мельчить предлагаете и каждую «спицу» из частей сваривать? Проще, да…
                печать, скорее всего, себя не оправдает
                этта — приведены фотки как раз дисков, именно, что печатающихся. И даже серийно. Ну, какая серия на дорогущекары — десятки штук. Зато каждому владельцу — свой рисунок.

                Но диски — ладно, это игрушки для богатых. А вот Сименсы печатают так лопатки для силовых турбин. И утверждают, что получили гигантскую экономию, потому что, как минимум, не требуется больших площадей и прочих ресурсов для хранения всей оснастки на весь жизненный цикл турбин (для изготовления ремонтных лопаток). И это не считая того, что цикл разработки и подготовки производства сократился более, чем вдесятеро.
                Кроме того, получили возможность оптимизировать турбину под конкретную установку, а также при появлении новых аэродинамических проработок оперативно приходить в готовность к оптимизационному обновлению уже установленного оборудования.
                Обратите внимание на то, что Сименсы утверждают, что литьё обходится дороже.
                  0
                  сименс слишком большая компания и они могут себе это позволить. а вот небольшая компания вряд ли. пусть станок небольшой вместе с электроэнергией стоит что-нибудь около 500 млн. долларов. плюс работа токарей, шлифовка и т.д. за сколько времени даже диски окупятся?
                  а для печати такого специфичного продукта как турбины обойдется еще дороже. не забывайте, что у лазера очень маленький кпд. и печать затратит уйму времени. кроме этого установки надо часто обслуживать.
                    +1
                    это всего лишь первые шаги. Но с подобными технологиями всё как-то быстро развивается. Я очень даже понимаю Ваш скепсис, потому что сам долго был ровно в том же состоянии. Но, приглядываясь к тому, как в этой области идут дела, сказал себе, что был неправ. Ну, заодно поговорил с людьми из производства и оценил, какую часть сил, времени и ресурсов забирает оснастка производства. SLA решает эту проблему кардинально. Хотя, конечно, это не волшебная палочка, и она не будет делать всё. Будет своя ниша — но ниша весьма широкая.
                    Как и с обычными 3д-принтерами. Тоже казалось, что игрушка. А сейчас приобретённый одним приятелем и ставший, по сути, коллективным, такой принтер пашет почти без остановки. То одному нужно, то другому… я вот подиум себе забабахал для камеры заднего вида в машину. Сделать столь же хорошо любым другим способом было бы весьма трудоёмко.
                    0
                    С сименсои и больше вопросов чем ответов, кроме пары рекламных статей ничего нет, кроме того непонятно что с ресурсом такой лопатки и ещё куча вопросов. У них нет ни статей ни публикаций и все фото с одного ракурса, что внутри непонятно. У нас есть попытки сделать тоже лопатки выращиванием, даже не на двигатель, монокристалл по любому лучше, а для стендов, горячих продувок, и то вылезла масса проблем и пока эта идея не реализована.
                    Диск литьё получить можно по выплавляемым/выжигаемым моделям, это не проблема, вопрос в цене и серийности.
                  0
                  А когда вам надо 100 таких? А 1000? К тому же, сколько будет выращиваться такая модель на промышленном принтере, 2-3 суток?
                  При огромной цене slm-принтеров, дорогом обслуживании — для рентабельности такого производства будете за 1 диск отдавать по много тысяч долларов.
                    0
                    2 ebragim:
                    бейте уж крупным калибром, раз нельзя восемнадцать миллионов заклёпок в неделю выпустить — технология барахло!
                    С Сименсом нормально, насколько я знаю, технология производственная, а не демонстрационная.
                    У нас есть попытки сделать
                    Увы, с изготовлением энергетических турбин у нас, как бы это сказать, не ахти дела. Как раз сименсовские (не только) и покупаем. Монокристаллические лопатки лучше, но не «по любому», у них своя ниша применения. К примеру, паровые турбины Вы тоже собираетесь на монокристаллических лопатках собирать? :-O

                    2 radonit:
                    Диск литьё получить можно по выплавляемым/выжигаемым моделям, это не проблема, вопрос в цене и серийности.
                    Вы будете смеяться, но одно из важных применений этой технологии в производстве является как раз изготовление сложных выплавляемых/выжигаемых моделей. Хотя вот сопло реактивного двигателя, как и многие иные его части, как это делают бритиши — литьём не сделаешь вообще.
                      0
                      Вы будете смеяться, но одно из важных применений этой технологии в производстве является как раз изготовление сложных выплавляемых/выжигаемых моделей

                      Это как? Если sla технология то да, а выращивание металла то тут каким боком?
                      Хотя вот сопло реактивного двигателя, как и многие иные его части, как это делают бритиши — литьём не сделаешь вообще.

                      Что вы имеете ввиду? Бритиши всё же делают или сделать нельзя вообще? Кстати створки сопла таки льют, в принципе литьё в двигателе вообще всё сделать можно, вопрос в целесообразности.
                      С Сименсом нормально, насколько я знаю, технология производственная, а не демонстрационная.

                      Как они говорят в рекламе, а теперь попробуйте найти больше информации, на каком изделии, сколько часов прошло, каков ресурс, да хоть какова конструкция. Так что что там в реалии у сименсе по лопатка вышло большой вопрос.
                      Увы, с изготовлением энергетических турбин у нас, как бы это сказать, не ахти дела. Как раз сименсовские (не только) и покупаем

                      Это да, а по врд всё неплохо, конструкции схожи, требования несколько отличны. Просто в СССР/России особо этим направлением и не занимались, в отличии от врд/паровых турбин.
                      По монокристалл да, вы правы.
                0
                Ждем дешевых принтеров слм на вторичном рынке лет через 7-10.

                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                Самое читаемое