Technologia DMLS - tworzenie skomplikowanych kształtów metodą selektywnego przetapiania proszków metalowych

Technologia DMLS, czyli Direct Metal Laser Sintering to technologia druku 3D metalowych elementów i jest rozwijana od ponad 20 lat przez firmę EOS. Na początku idea prototypowania metalowych części za pomocą metody DMLS, przekształciła się w dojrzałą technologię produkcyjną, oferującą wyjątkową swobodę projektowania dla konstruktorów.

Powtarzalne parametry wytrzymałościowe tworzonych elementów oraz ilość przemysłowych i medycznych wdrożeń produkcyjnych, to elementy, które odróżniają metodę DMLS od zbliżonych rozwiązań typu SLM lub LC. Ideą tej technologii  jest budowanie skomplikowanych kształtów, niemożliwych do wytworzenia metodami odlewniczymi, z materiałów trudno obrabialnych.

Najbardziej popularne materiały używane w metodzie DMLS to stopy tytanu, stale narzędziowe, superstopy kobaltu i chromu, żaroodporne stopy niklu, stop aluminium oraz chirurgiczne stale nierdzewne. Prowadzone jest również wdrożenie takich metali, jak wolfram, miedź, złoto i inne metale szlachetne. Główne gałęzie przemysłu wykorzystujące technologię DMLS do produkcji części finalnych to głównie lotnictwo, przemysł kosmiczny, motoryzacja, stomatologia, implantologia oraz branża narzędziowa przetwórstwa tworzyw sztucznych i odlewnictwa.

Zalety technologii DMLS

  • projektowanie skomplikowanych geometrii ze strukturami kratownic, w celu odciążenia detali w przemyśle lotniczym i kosmicznym
  • budowanie skomplikowanych kanałów chłodzących podążających za kształtem detalu we wkładkach form wtryskowych (chłodzenie konformalne), które znacznie skraca czas cyklu wtryskowego i poprawia jakość detali z tworzyw sztucznych
  • budowanie koron i mostów dentystycznych z biozgodnego certyfikowanego stopu CoCrMo 
  • tworzenie zintegrowanych części z trudno-przetwarzanych materiałów, tj. stopy niklu czy wolfram, w celu zmniejszenia ilości elementów wchodzących w skład danego komponentu 
  • wytwarzanie tytanowych implantów kostnych ze strukturami kratownic ułatwiających osteointegrację

Sposób działania maszyn DMLS

Działanie maszyn DMLS oparte jest na nanoszeniu warstw precyzyjnie skomponowanego proszku metalowego za pomocą ostrza na platformę roboczą, a następnie na selektywnym przetapianiu kolejnych warstw wytwarzanego elementu za pomocą wiązki lasera, pracującego w bliskiej podczerwieni (długość fali ok. 1064nm). Proces wydruku 3D odbywa się w atmosferze ochronnej, głównie argonowej lub azotowej, w zależności od klasy reaktywności wykorzystywanego stopu. Dla przykładu stopy aluminium oraz tytanu są przetwarzane w osłonie argonu, natomiast mniej reaktywne stale narzędziowe oraz stopy kobaltu i chromu - w atmosferze azotu.

Schemat przedstawia zasadę działania technologii DMLS

Kluczowym aspektem procesu wydruku 3D jest konieczność ciągłego oczyszczania gazu osłonowego z zanieczyszczeń powstających podczas przetapiania. Są to często zanieczyszczenia o porowatej powierzchni i mogą zawierać szczątkowe ilości tlenków metali i uwięzione pęcherzyki gazu. W przypadku kiedy zanieczyszczenie spadnie na przetopioną powierzchnię, a następnie jest pokryte kolejną warstwą proszku, może zostać wtopione w strukturę materiału, powodując wtrącenia o innej gęstości niż materiał stopowy. Jakość warstwowego przetapiania laserowego można więc oszacować głównie na podstawie ilości tego rodzaju defektów na powierzchni przekroju tworzonego materiału. Jeśli system filtracji, profil ekspozycji laserowej i przepływ gazu osłonowego nad powierzchnią proszku nie jest zoptymalizowany, duża ilość defektów w strukturze materiału może spowodować znaczne osłabienie. W aplikacjach, np.  w zakresie medycyny, formierstwa czy lotnictwa, tego typu osłabienia struktury nie mogą mieć miejsca. 

W ogólnej zasadzie działania technologia DMLS, SLM (Selective Laser Melting), czy LC (Laser Cusing) są do siebie zbliżone. Powyższa różnorodność nazewnictwa technologii wynika z rejestracji nazw jako znaków handlowych. Także biorąc pod uwagę ograniczenia patentowe, każdy z producentów maszyn SLM lub LC dokonuje opłaty patentowej firmie EOS (jako pierwotnemu twórcy tej metody) korzystając jednocześnie z kilku rozwiązań własnych, które odróżniają jedną opcję technologii od innej. Przykładem może być stosowanie gumki rozprowadzającej proszek w maszynach SLM w zamian za stalowe lub ceramiczne ostrze wykorzystywane w technologii DMLS. W polskiej nomenklaturze technicznej, słowo „Spiekanie” w nazwie DMLS stanowi mylący zwrot, ponieważ w rzeczywistości laser w zupełności przetapia sproszkowany metal, natomiast wpływ ciepła widoczny jest wgłąb detalu, nawet do kilku warstw wstecz.

Dlaczego warto postawić na maszyny DMLS firmy EOS

EOS jest firmą, która wyznacza kierunek rozwoju technologii przetapiania laserowego proszków metali oraz tworzyw sztucznych biorąc pod uwagę oferowaną jakość oraz ilość zainstalowanych systemów, wdrożeń przemysłowych i struktury organizacyjnej. Od 1994r. technologia DMLS przekształca się z technologii szybkiego prototypowania na technologię produkcyjną, dla bardzo wymagających elementów. Poprzez wieloletnią współpracę marki EOS z jej kluczowymi klientami z wielu branż, technologia DMLS jest najchętniej wdrażanym rozwiązaniem produkcji elementów metalowych za pomocą druku 3D. 

Przy pomocy maszyn M280 oraz M290 wytwarzane są komponenty do takich elementów, jak silniki lotnicze firmy GE oraz UTC. Dodatkowo kolejne firmy lotnicze takie jak MTU i RolsRoyce przygotowują się do nowych wdrożeń z  udziałem technologii DMLS. Na maszynie M270 od wielu lat produkowane są korony oraz mosty dentystyczne ze stopu CoCrMo zamiast frezowania i odlewów. Maszyny M270, M280 i M290 budują implanty tytanowe oraz implanty projektowane dla indywidualnych pacjentów. Branża narzędziowa wytwarza produkcyjne wkładki z chłodzeniem konformalnym do form wtryskowych oraz ciśnieniowych form odlewniczych, które skracają czas cyklu wtryskowego oraz poprawiają jakość tworzonych części.

loading...