LeTell
болею... на голову >.<
Итак, мы вступаем в эпоху 3D печатания всего что только можно.
В данном посте мы рассмотрим, что из себя представляет технология SLM (Selective Laser Melting) – выборочная лазерная плавка.



По сути дела, SLM станок – это тот же 3D принтер, только по металлу. На входе имеем CAD модель – на выходе готовый металлический образец. Внутри этого станка происходит послойное выращивание детали – проходит каретка, подсыпает слой металлического порошка. Далее действует лазерный луч, который сплавляет порошок именно там где нам нужно. Сплав остывает и образует твёрдую основу. Каретка проходит ещё раз, насыпает новый слой, ну и далее по кругу. Минимальная толщина слоя, так сказать «разрешение», 0.2 мм (200 микрон), при том что зерно порошка имеет размер около 20 микрон. Тот станок, что приведён на видео имеет характерные размеры камеры 28*28*35 см, скорость печатания 60 грамм/час и ограничение по весу детали в 10 кг. Типичное время изготовления детали измеряется десятками часов. В данном случае работает один лазер, но есть и продвинутые станки где несколько лазеров работают в параллель.



Зачем это нужно и в чём выгода? Оперативность изготовления деталей очень сложной формы. Скажем, изготовление оснастки для выплавки охлаждаемой лопатки турбины занимает месяцы и становится приемлемым по затратам только в случае массового выпуска. Для изготовления единичных прототипов тут явно выгоднее SLM, как показано на графике.



Более того, SLM даёт нам возможность применять инновационные системы охлаждения, так называемый «near–wall cooling», пристеночное охлаждение, которые невозможно воплотить используя традиционное литьё. Речь идёт о каналах сложной формы, которые интегрированы в стенки лопатки, своего рода капиллярах. Вот фрагмент сопловой лопатки газовой турбины, где используется такое охлаждение.



Существует конечно и традиционное литьё с использованием керамического стержня. Для примера монокристаллические лопатки делают в форме, с заранее помещенными туда, сделанными из оксида алюминия, закладками, которые потом вытравливаются.
Этот самый стержень должен быть определённым образом закреплён внутри формы, чтоб не "гулял", то есть должны быть сделаны поддержки стержня (которые потом превратятся в ненужные нам дырки). Сам же стержень должен быть достаточно прочным, чтоб не треснул при заливке, то есть про всякие ажурные конструкции можно сразу забыть. Не забываем так же, что отлить стенку лопатки толщиной меньше 2–х миллиметров уже достаточно сложно, начинаются проблемы с проливаемостью, с пористостью.
Вот на картинке пример такого стержня для матричной лопатки. Но это всё равно не та размерность — тут речь идёт о стенках толщиной 3–6 миллиметров, это никак не "пристеночное охлаждение"



Так что же, SLM палочка–выручалочка? Увы, но не совсем, эта технология имеет ряд серьёзных ограничений. Прежде всего это связано с отводом тепла от расплавленных зон. Эффективный отвод тепла получается только через отвердевший слой металла, ибо порошок тепло проводит плохо. Соответственно имеем ограничения по вертикальным углам прироста материала – пояснение на картинке. То есть при наклоне (нависании следующего слоя) больше 45 градусов от вертикали, имеем очень грубую поверхность. В случае больших углов, необходимо вводить т.н. теплоотводящие поддержки. С шероховатостью поверхностей вообще не особо хорошо, типичное значение Rz 30–40 микрон. Выбор направления роста детали имеет решающее значения для качества изготовления образца. То есть это задачка для конструктора – оптимизация геометрии модели, «SLM–friendly» дизайн. Ещё не допускается наличие в модели замкнутых полостей, откуда потом невозможно будет удалить порошок.



Не могу сказать, что из камеры SLM машины выходит сразу 100% готовая деталь. Всё равно требуется некоторая дополнительная термообработка (устранить анизотропность свойств) и механообработка — ну там пескоструйкой поверхность обработать, места посадок точно подшлифовать.

Сначала делают HIP — обработку, нагревают в камере с высоким давлением, устраняют микропористость — поры как бы схлопываются. Затем термообработка "Heat treatment" или рекристаллизационный отжиг, наревают и охлаждают определённым образом. Происходит рекристаллизация и анизотропность практически устраняется. Свойства материала считаются как для литья.
Плотность на выходе после плавки >99.5%, усадка чисто умозрительная.

Ну и чтобы уж совсем добить - еще более любопытная технология.



Источник

@темы: видео, для общей эрудиции, любопытности, наука