Czym jest druk 3D w technologii DMLS i SLM? Pełne porównanie

Druk 3D z metalu stanowi najnowocześniejszą technologię wytwarzania przyrostowego – nie tylko do prototypowania, ale także do produkcji końcowych, wysokowydajnych komponentów. Wśród różnych technologii druku 3D z metalu najczęściej pojawiają się dwa terminy: DMLS (Direct Metal Laser Sintering) i SLM (Selective Laser Melting). Choć często używane zamiennie, technologie te różnią się nieznacznie pod względem procesu i zastosowania. W tym rozdziale wyjaśniono dokładnie, czym jest druk 3D DMLS, czym jest druk 3D SLM, jak działają, jakich materiałów używają i jak zrozumieć ich możliwości w kontekście produkcyjnym.

Jak działa drukowanie 3D z metalu? Proces krok po kroku

Na podstawowym poziomie zarówno DMLS, jak i SLM są technologiami syntezy w złożu proszku. Wykorzystują one laser o dużej mocy do selektywnego łączenia ze sobą cząstek proszku metalowego, warstwa po warstwie, zgodnie z cyfrowym modelem 3D. Ostrze powlekające rozprowadza cienką warstwę proszku metalowego na platformie konstrukcyjnej, a wiązka lasera skanuje przekrój części w celu stopienia lub spieczenia proszku na miejscu. Następnie platforma obniża się i nakładana jest nowa warstwa proszku.Proces ten odbywa się w atmosferze gazu obojętnego (argonu lub azotu), aby zapobiec utlenianiu, ponieważ surowce stosowane w druku 3D SLM są niezwykle reaktywne w wysokich temperaturach. Po wydrukowaniu części są zazwyczaj poddawane odprężaniu, usuwaniu podpór i – w zależności od zastosowania – dodatkowej obróbce końcowej, takiej jak HIP (prasowanie izostatyczne na gorąco) lub wykańczanie CNC.

Druk 3D DMLS vs SLM: kluczowe różnice i zastosowania

Terminy DMLS i SLM opisują niemal identyczne procesy, ale wywodzą się z różnych ścieżek historycznych i brandingowych. Technicznie rzecz biorąc, DMLS – termin spopularyzowany przez EOS – odnosi się do spiekania cząstek metalu razem, podczas gdy SLM, pełna forma w druku 3D to Selective Laser Melting, ma na celu całkowite stopienie proszku metalowego w jednorodną strukturę.

W praktyce jednak większość systemów przemysłowych sprzedawanych obecnie jako DMLS osiąga pełne stopienie. Rozróżnienie jest subtelne, ale wciąż istotne:

DMLS jest zwykle używany ze stopami, gdzie proces spiekania pomaga dostosować się do różnych temperatur topnienia między elementami,
SLM jest często stosowana do czystych metali, takich jak aluminium lub tytan, które można w pełni stopić w bardziej przewidywalny sposób.

Obecnie obie technologie są funkcjonalnie podobne i w równym stopniu zdolne do produkcji gęstych, wytrzymałych mechanicznie części.

Wyjaśnienie procesu DMLS i SLM: od CAD do gotowej części

Przygotowanie CAD: część jest modelowana z odpowiednimi podporami i eksportowana do oprogramowania do cięcia.
Nakładanie warstw proszku: warstwa proszku metalowego, zwykle o grubości 20-60 mikronów, jest rozprowadzana na płycie roboczej.
Stapianie laserowe: laser o dużej mocy (zazwyczaj światłowodowy) stapia lub topi proszek w miejscu, w którym występuje geometria części.
Powtarzanie warstw: platforma obniża się, a nowa warstwa jest nakładana i łączona – powtarzając aż do ukończenia budowy.
Chłodzenie i obróbka końcowa: część może ostygnąć w komorze roboczej, zanim zostanie wyjęta, oczyszczona i poddana obróbce cieplnej.

Materiały stosowane w druku 3D z metalu w technologii DMLS i SLM

Surowce stosowane w druku 3D SLM i DMLS mają postać drobnych, sferycznych proszków metali. Proszki te są wytwarzane poprzez atomizację, aby zapewnić płynność i jednolite zachowanie podczas topienia.

Typowe materiały obejmują:

stopy tytanu – stosowane w lotnictwie i implantach medycznych,
stopy aluminium – lekkość, dobra przewodność cieplna,
Stal nierdzewna – odporna na korozję i mająca szerokie zastosowanie,
inconel – wysokowydajne superstopy zapewniające odporność na ciepło i korozję,
stale narzędziowe – do zastosowań w formach i matrycach,
kobalt-chrom – często stosowany w stomatologii i ortopedii.

Jakość materiału ma kluczowe znaczenie w obu systemach; zanieczyszczenie lub niewłaściwe obchodzenie się z proszkiem może prowadzić do wad, dlatego zamknięte systemy zarządzania proszkiem i protokoły przesiewania są standardem.

Koszty druku DMLS i SLM: co wpływa na cenę?

Cena części lub systemów DMLS zależy od kilku czynników:

koszt maszyny: przemysłowe maszyny DMLS lub SLM zwykle wahają się od 200 000 EUR do znacznie ponad 1 mln EUR, w zależności od rozmiaru, liczby laserów i funkcji automatyzacji,
koszt materiałów: proszki metali są drogie – 200-600 EUR/kg lub więcej,
koszty operacyjne: zużycie gazu obojętnego, konserwacja i wykwalifikowana siła robocza mają znaczący udział,
obróbka końcowa: większość wydruków metalowych wymaga etapów wykańczania, które zwiększają całkowity koszt.

Pomimo tych kosztów, druk 3D z metalu może być bardzo ekonomiczny w przypadku części o wysokiej wartości, złożonych lub niskonakładowych – zwłaszcza tam, gdzie tradycyjna obróbka byłaby czasochłonna lub geometrycznie niemożliwa.

SLS vs SLM vs DMLS: zrozumienie technologii druku 3D

Choć brzmią podobnie, SLS, SLM i DMLS odnoszą się do wyraźnie różnych technologii. SLS, czyli selektywne spiekanie laserowe, to metoda syntezy w złożu proszku stosowana wyłącznie do polimerów – najczęściej nylonu – i nie obejmuje metalu. Z kolei zarówno SLM (Selective Laser Melting), jak i DMLS (Direct Metal Laser Sintering) są przeznaczone do proszków metali i wykorzystują wysokoenergetyczne lasery do pełnego stopienia lub spiekania materiału warstwa po warstwie. Pomimo wspólnej mechaniki opartej na proszku, różnice w materiałach, zachowaniu termicznym i wymaganiach sprzętowych są znaczące. SLS jest ogólnie bardziej dostępny i odpowiedni dla wewnętrznych środowisk produkcyjnych, ponieważ stwarza mniejsze wymagania w zakresie bezpieczeństwa i infrastruktury. Tymczasem systemy drukowania metali, takie jak SLM i DMLS, wymagają obsługi gazów obojętnych, zaawansowanej wentylacji i dedykowanych procesów przetwarzania końcowego, co plasuje je w kategorii przemysłowych rozwiązań produkcyjnych.

Rozwiązania druku SLM: liderzy branży i możliwości

Firmy takie jak SLM Solutions, EOS, Renishaw i 3D Systems stały się liderami w dziedzinie produkcji przyrostowej z metalu. Platformy te oferują systemy wielolaserowe, obsługę proszków w obiegu zamkniętym i zautomatyzowane zarządzanie komorą roboczą – wspierając wysokowydajną produkcję w branżach takich jak lotnictwo, motoryzacja i medycyna.

Technologia druku 3D SLM nie ogranicza się już do prac badawczo-rozwojowych; jest to rozwiązanie gotowe do produkcji, gdy złożoność części, wymagania dotyczące wydajności lub zakłócenia łańcucha dostaw sprawiają, że tradycyjne metody są niepraktyczne.

Podsumowanie: dlaczego warto wybrać DMLS lub SLM do druku 3D z metalu?

Druk 3D w technologii DMLS i SLM oferuje niezrównany potencjał w zakresie produkcji w pełni gęstych, wysokowydajnych części metalowych bezpośrednio z projektów cyfrowych. Chociaż terminy te mają nieco inne pochodzenie, oba odnoszą się do zaawansowanych procesów syntezy proszków metali, które zapewniają wyjątkowe właściwości mechaniczne, swobodę projektowania i elastyczność produkcji.

Niezależnie od tego, czy pytasz „jak działają drukarki 3D do metalu?”, „czym jest druk 3D DMLS?”, czy „czym jest proces SLM w druku 3D?” – odpowiedź leży w kontrolowanym, laserowym stapianiu warstwa po warstwie starannie opracowanych proszków metali w atmosferze ochronnej. Rezultatem nie jest prototyp – jest to prawdziwy, końcowy komponent o wydajności porównywalnej z częściami kutymi lub obrabianymi maszynowo.

← Poprzedni

Drukowanie DLP 3D

Następny →

Binder Jetting

Zobacz także