선택적 레이저 용해

Selective laser melting
용융지의 선택적 레이저 용융 및 열전달 개략

SLM(Selective Laser Melting)은 열원이 있는 분말층을 사용하여 금속 부품을 만드는 금속 적층 제조(AM) 기술의 많은 특허[1] 이름 중 하나입니다.DMLS(Direct Metal Laser Sintering)라고도 하는 ASTM 표준 용어는 PBF(분말 바닥 융합)입니다.PBF는 고속 프로토타이핑, 3D 프린팅 또는 적층 제조 기술로, 고출력 레이저를 사용하여 금속 분말을 [2][3]용해 및 융합하도록 설계되었습니다.

역사

선택적 레이저 용융은 1995년 독일 아헨의 프라운호퍼 연구소 ILT에서 독일 연구 프로젝트를 통해 시작된 많은 특허 분체층 융접 기술 중 하나로, 이른바 기초 ILT SLM [4]특허가 탄생했습니다.Paderborn에 위치한 F&S Stereolithographyetechnik GmbH의 Dieter Schwarze 박사와 Matthias Fockele 박사는 이미 ILT 연구원들과 협업했습니다.빌헬름 마이너스와 콘라트 비센바흐 박사입니다2000년대 초 F&S는 독일 북부 뤼벡에 위치한 MCP HEK GmbH(나중에 MTT Technology GmbH, 그 후 SLM Solutions GmbH)와 상업적 파트너십을 맺었습니다.오늘은[when?] 닥터.Dieter Schwarze는 SLM Solutions GmbH와 함께 있으며, Matthias Fockele 박사는 Realizer GmbH를 설립했습니다.[citation needed]

ASTM International F42 표준 위원회는 선택 레이저 용융을 "레이저 소결"의 범주로 분류했지만, 진정한 소결 프로세스인 선택 레이저 소결(SLS)과는 달리 금속을 완전히 녹여 고밀도 고체 덩어리로 만들기 때문에 이는 잘못된 명칭으로 인정되었습니다.선택적 레이저 용융의 또 다른 이름은 DMLS(Direct Metal Laser Sintering)입니다. 이 이름은 EOS 브랜드에서 퇴적된 이름입니다. 그러나 실제 공정에서는 부품이 소결되지 않고 용해되기 때문에 실제 공정에서는 오해의 소지가 있습니다. 즉, 부품이 완전히 [5]고밀도임을 의미합니다.이 프로세스는 모든 점에서 다른 SLM 프로세스와 매우 유사하며 SLM 프로세스로 간주됩니다.

비슷한 공정은 전자빔을 에너지원으로 사용하는 전자빔 용해([6]EBM)입니다.

과정

선택적 레이저 용융은 다양한 합금을 가공할 수 있어 시제품이 생산 부품과 동일한 재료로 만들어진 기능성 하드웨어가 될 수 있습니다.구성요소는 층별로 제작되기 때문에 주조 또는 기계 가공과 같은 기존 제조 기술로는 만들 수 없었던 복잡한 자유형 기하학, 내부 특징 및 까다로운 내부 통로를 설계할 수 있습니다.SLM은 기능성 시제품 또는 최종 사용 생산 [7]부품뿐만 아니라 잘 작동하는 완전 고밀도 내구 금속 부품을 생산합니다.

이 프로세스는 3D CAD 파일 데이터를 일반적으로 20~100마이크로미터 두께의 레이어로 슬라이스하여 각 레이어의 2D 단면을 만듭니다.이 파일 형식은 대부분의 레이어 기반 3D 프린팅 또는 입체 리소그래피 기술에 사용되는 업계 표준 .stl 파일입니다.그런 다음 이 파일을 파일 준비 소프트웨어 패키지에 로드하여 매개 변수, 값 및 물리적 지원을 할당하고 다양한 유형의 적층 제조 [citation needed]기계에서 파일을 해석 및 구축할 수 있도록 합니다.

선택적 레이저 용융을 사용하면 재코팅 메커니즘을 사용하여 분무된 금속 분말의 얇은 층이 수직(Z)축으로 이동하는 색인 플랫폼에 고정된 기판(일반적으로 금속) 위에 균일하게 분포됩니다.이것은 1000ppm 미만의 산소 레벨에서 아르곤 또는 질소의 불활성 가스가 엄격하게 제어된 챔버 안에서 발생합니다.각 층이 분산되면 분말을 선택적으로 용해하여 부품 형상의 각 2D 슬라이스를 융합합니다.이것은 고출력 레이저 빔, 보통 수백 와트의 이터비움 광섬유 레이저로 실현됩니다.레이저 빔은 2개의 고주파 스캔 미러를 사용하여 X 및 Y 방향으로 향하며 F-Theta 렌즈 배치를 사용하여 레이어를 따라 초점을 유지합니다.레이저 에너지는 입자가 완전히 녹아서 고체 구조를 형성할 수 있을 정도로 강렬하고 집중됩니다.이 [8]프로세스는 부품이 완성될 때까지 레이어마다 반복됩니다.

SLM 머신은 표준 레이저 파워가 100~1000W인 고출력 Yb파이버 광레이저를 주로 사용합니다.빌드 챔버 영역 내에는 재료 분사 플랫폼과 빌드 플랫폼이 있으며, 리코터 시스템(블레이드 또는 롤러)이 있어 빌드 플랫폼 전체에 새로운 분말을 고르게 펼칩니다.부품들은 일반적으로 30~60마이크로미터 [9]두께를 사용하여 층층이 쌓입니다.

자재

선택적 레이저 용해(SLM) 기계는 X, Y 및 [10][11]Z에서 최대 1m(39.37인치)의 작업 공간에서 작동할 수 있습니다.이 공정에서 사용되는 재료에는 Ni계 초합금, 구리, 알루미늄, 스테인리스강, 공구강, 코발트 크롬, 티타늄 및 텅스텐이 포함될 수 있습니다.SLM은 텅스텐 부품 제조에 특히 유용합니다. 텅스텐 부품은 높은 [12]융점과 높은 연성-소자 전이 온도 때문입니다.공정에서 재료를 사용하려면 원자화된 형태(분말 형태)로 존재해야 합니다.이러한 분말은 일반적으로 가스 분무 프리합금이며, 산업 규모에서 구형 분말을 얻는 가장 경제적인 공정입니다.구체성은 높은 유동성과 패킹 밀도를 보장하여 분체 층의 빠르고 재현 가능한 확산을 보장하므로 바람직합니다.유동성을 더욱 최적화하기 위해 일반적으로 15~45µm 또는 20~63µm와 같은 미립자 비율이 낮은 좁은 입경 분포를 사용합니다.현재 공정에서 사용 가능한 합금은 AISI 316L, AISI 304, C67, F53, H13, 17-4PH 및 15-5 스테인리스강, 마레이징강, 코발트 크롬, 인코넬 625 및 718, 구리 기반 합금(CW510 Brass, Ecobrass, Bronz), 알루미늄[14] 알시 10mg, 티타늄, 티타늄을 포함합니다.선택적 레이저 용해 소결을 사용하여 생산된 샘플의 기계적 특성은 [16]주물을 사용하여 제조된 샘플과 다릅니다.직접 금속 레이저 소결법을 사용하여 생산된 AlSiMg 샘플은 xy 평면을 따라 43%, z [16]평면을 따라 36% 더 높은engineering 수율을 보입니다.AlSiMg의 항복 강도는 xy 평면과 z 평면 모두에서 증가하는 것으로 나타났지만, 파괴 시 연신도는 빌드 방향에 [16]따라 감소합니다.직접 금속 레이저 소결 샘플의 기계적 특성 개선은 매우 미세한 [16]구조에 기인합니다.

또한 업계의 압력으로 AM108을 포함한 이용 가능한 가공에 더 많은 초합금 분말이 추가되었다.재료 특성에 변화를 주는 것은 인쇄 작업 및 방향뿐 아니라 열간 등압(HIP) 열처리 및 샷핀을 통해 필요한 후처리입니다.또한 기계적 특성이 등축 주조물 또는 연마 재료와 비교하여 현저한 차이로 변화합니다.도쿄 메트로폴리탄 대학의 연구에 따르면, 적층 인쇄 Ni계 초합금의 크리프 파단이나 연성은 단조재나 [17]주조재에 비해 일반적으로 낮은 것으로 나타났다.인쇄의 방향성은 입자 크기와 함께 주요 영향 요인입니다.또한 표면 조건으로 인해 첨가물 Inconel 718에 대해 수행된 연구에서 볼 수 있듯이 마모 특성은 일반적으로 더 우수합니다. 또한 이 연구는 레이저 전력이 밀도와 미세 [18]구조에 미치는 영향을 입증했습니다.Laser 가공 파라미터 중에 발생하는 Material Density는 [19]HIP 가공 후 균열 재개를 감소시키는 균열 거동에 더욱 영향을 미칠 수 있다.디자인 사용을 위한 기계적 특성을 완성하기 위해서는 재료의 전체 개요와 인쇄에서 필요한 인쇄 후 처리까지를 파악하는 것이 중요합니다.

개요와 이점

SLM은 연구와 산업 모두에서 구현되고 있는 빠른 발전 과정입니다.이러한 발전은 맞춤형 특성을 만들 수 있을 뿐만 아니라 제조 기술로는 달성할 수 없는 디자인으로 재료 사용을 줄이고 자유도를 높일 수 있기 때문에 재료 과학 및 산업 모두에 매우 중요합니다.선택적 레이저 용융은 상근 재료 및 공정 엔지니어로서 매우 유용합니다.제조 재료의 신속한 회수가 필요하거나 복잡한 형상을 필요로 하는 특정 용도를 요구하는 등의 요구는 업계에서 흔히 볼 수 있는 문제입니다.SLM을 도입하면 부품 제작 및 판매뿐만 아니라 현장에서 필요한 모든 부품에 맞는 특성을 갖추는 프로세스를 개선할 수 있습니다.SLM에서 발생하는 현재 과제는 공정 설정이 미발달이고 균열 및 다공성 [20]등의 야금 결함으로 인해 가공 가능한 재료에 한계가 있다는 것입니다.알루미늄 [20]합금의 가공으로 인해 완전히 고밀도 부품을 만들 수 없는 것이 미래의 과제입니다.알루미늄 분말은 SLM에 [20]사용되는 파이버 레이저의 파장 범위에서 경량, 고반사율, 고열전도율, 저레이저 흡수율이 낮다.

이러한 과제는 재료가 융합될 때 어떻게 상호작용하는지에 대해 더 많은 연구를 통해 개선할 수 있습니다.

결함형성

SLM, 특히 고체 변환, 열유체 역학, 입자 [21]역학 등과 관련하여 3D 프린팅에 의해 생성된 주요 결함 및 미세 구조 현상의 도식입니다.

SLM이 적층 제조에 큰 성공을 거두었음에도 불구하고, 분말 매체를 농축 레이저로 용해하는 과정은 제조된 부품의 전반적인 기능 및 강도에 악영향을 미칠 수 있는 여러 가지 메커니즘을 통해 다양한 미세 구조 결함을 야기합니다.지금까지 조사된 많은 결함들이 있지만, 이 섹션에서는 SLM에서 발생할 수 있는 몇 가지 주요 결함들을 검토하겠습니다.

가장 일반적인 두 가지 기계적 결함으로는 융접(LOF) 부족이나 응고된 영역 내 균열 등이 있습니다.LOF는 응집성 고체가 아닌 구조 내에 가스를 가두는 것을 수반합니다.이러한 결함은 충분한 전력을 가진 레이저 소스를 사용하지 않거나 분말 표면을 너무 빨리 스캔하여 금속이 충분히 녹지 않고 굳어지지 않기 때문에 발생할 수 있습니다.균열은 낮은 열전도율과 높은 열팽창계수가 재료 내, 특히 전위가 존재하는 [22]입자 경계를 따라 결합을 끊을 정도로 충분히 많은 내부 응력을 발생시키는 또 다른 기계적 결함입니다.

또한 SLM은 용해된 금속으로부터 구조물을 고화하지만 시스템의 열유체역학으로 인해 종종 불균일한 조성물 또는 의도하지 않은 다공성이 생성되어 인쇄된 구조물의 전체 강도 및 피로 수명에 누적적으로 영향을 미칠 수 있습니다.예를 들어, 지향성 레이저 빔은 좁은 "키홀" 구역 또는 재료의 전체 [23]구성에 영향을 미칠 수 있는 반몰턴 금속 전체에 직접 충격 시 대류를 유도할 수 있습니다.마찬가지로 응고 중에 수지상 미세구조는 다양한 속도로 온도 구배를 따라 진행되며,[24] 따라서 재료 내에서 서로 다른 분리 프로파일을 생성한다는 것이 밝혀졌다.궁극적으로 이러한 열유체 역학적 현상은 인쇄물 내에서 원치 않는 불일치를 발생시키며, 이러한 영향을 완화하기 위한 추가 연구가 계속 필요할 것입니다.

SLM을 사용하여 샘플을 인쇄할 때 모공 형성은 매우 중요한 결함입니다.표면에서 불활성 차폐 가스를 고화 [25]금속에 가두는 깊은 키홀 함몰의 빠른 형성 및 붕괴로 인해 레이저 주사 속도의 변화 중에 기공이 형성되는 것이 밝혀졌다.

마지막으로, 레이저 빔에서 발생하는 2차 효과는 의도하지 않게 구조물의 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.그러한 예 중 하나는 레이저 빔이 분체층을 스캔할 때 응고된 하층 내에서 반복 가열되기 때문에 벌크 구조 내에서 2차 상 침전물이 발생하는 것이다.침전물의 성분에 따라 이 효과는 벌크 재료에서 중요한 요소를 제거하거나 인쇄된 구조를 [26]부서뜨릴 수 있습니다.뿐만 아니라 산화물이 포함된 분체층에서는 레이저와 생성된 대류의 힘으로 인해 다른 위치에서 산화물이 증발하고 "비산"될 수 있습니다.이러한 산화물이 축적되어 비침습성을 가지며, 이로 인해 성분 내 산화물의 유익한 성질을 제거할 뿐만 아니라 물질 균열 시 기계적으로 유리한 미세 환경을 제공하는 슬래그가 생성됩니다.

기계적 특성

선택 레이저 용해(SLM) 프로세스 중에 고온 구배가 나타나며, 이로 인해 고체/액체 계면에서 불균형 상태가 발생하며, 용융 풀이 액체에서 고체로 상변환됨에 따라 급속 응고로 이어집니다.그 결과, 비균형 위상 형성 및 미세 구조의 변화와 같은 광범위한 효과가 발생할 수 있다.

위와 같은 이유로 SLM에 의해 생산된 합금의 기계적 특성은 애즈-빌트(As-Built) 상태에서 기존에 제조된 합금과 크게 다를 수 있습니다.SLM 제조 합금의 가장 큰 특징은 기계적 특성에서 큰 이방성입니다.주조 금속의 입자 구조는 일반적으로 거의 균일한 등방성 입자로 특징지어지지만, SLM을 사용하여 제조된 합금은 조립 방향으로 [27]입자의 상당한 신장을 보입니다.입자 구조의 이방성은 결함 분포, 균열 전파 방향, 그리고 궁극적으로 기계적 특성에서 이방성과 관련이 있다.

한편, SLM과 관련된 특별한 열운동학적 특성으로 인해 이 공정에는 고유한 새로운 미세구조 아키텍처가 많이 존재하며, 새로운 가공 기술로서 SLM은 기존 기술로는 달성하기 어려운 고유한 미세구조를 만들어 낼 수 있다.

니켈계 초합금

900°C 및 102MPa(d)에서 열처리 후 Ti6-Al-4V 미세구조, 단조(a), SLM 수평(b), SLM 수직(c) 및 SLM 수평(d)

니켈 [27][28]합금의 크리프 저항성, 극한 인장 강도 및 인성 향상은 보고되었습니다.석출 경화 니켈-크롬 합금인 인코넬 IN625는 단조 IN625보다 650ºC 및 800ºC의 고온에서 크립 강도가 같거나 더 높았다.그러나 SLM으로 제조된 IN625는 크리프 시험 조건에서 낮은 연성을 보였다.주기적 열처리를 전개함으로써 SLM과 단조 IN625는 어느 정도 추가 강도를 얻었습니다.합금의 추가 강도의 양은 일반적으로 δ' 상(650 µC)과 δ 상(800 µC)[28]의 매트릭스 체적 비율에 비례했다.

그러나 고온에서 순환 하중을 처리할 때 SLM 제조 합금의 피로 강도 및 경도는 주조 합금 또는 단합금보다 현저히 떨어지는 경향이 있습니다.또 다른 초합금 Inconel IN718의 경우, 연구원들은 첨가 제조된 재료는 건물 방향과 평행한 방향의 큰 원기둥 모양의 입자를 보여주는 반면, 단조 재료는 특별한 질감이 [29]없는 미세한 구조를 보인다는 것을 발견했습니다.

SLM 기반 니켈 초합금의 적층 제조는 이러한 합금의 복잡한 구성 때문에 여전히 상당한 어려움을 겪고 있습니다.여러 개의 합금 요소와 높은 알루미늄/티타늄 비율을 가진 이러한 재료는 SLM을 통해 통합될 때 다양한 2차 단계를 형성하며, 이는 가공성에 영향을 미치고 구조 내 취약성으로 이어집니다.

철기 합금(스테인리스강)

SLM316L 재료 중 마이크로 크래킹 근방의 영역의 SEM 화상.부분적으로 균열된 입자 경계(GB)와 용융지 경계(MPB)가 보입니다.

스테인리스강 등급 316L는 낮은 탄소 함량(< 0.03%)을 특징으로 하는 오스테나이트계 철기 합금입니다.600°C 및 650°C에서 316L 강철에 대한 인장 시험 및 크리프 시험 결과 SLM 강철은 가공된 [30]강철에 비해 10년 정도 낮은 크리프 변형률에서 최소 크리프 속도에 도달했다.세포 구조는 특히 첫 번째 크리프 단계에서 변형 거동 차이의 주요 원인으로 간주되는데, 이는 주로 재료의 작업 경화 용량을 제한하기 때문이다.변형 경화가 [31]미미하기 때문에 AM 시료의 경우 UTS(최종 인장 강도)도 낮다.

SLM 제조 재료의 균열은 주로 입자 사이에 있습니다.입자 경계 손상은 균열로 이어지며 재료의 고장으로 이어집니다.변형은 입자 경계에 침전물이 나타나면서 가속화됩니다.SLM 316L 강철의 높은 스태킹 폴트 에너지(SFE)도 크리프 [30]거동의 원인으로 생각됩니다.

적용들

선택적 레이저 용해 프로세스에 가장 적합한 애플리케이션 유형은 한편으로는 얇은 벽과 숨겨진 빈 공간 또는 채널을 가진 복잡한 기하학적 구조와 구조 또는 낮은 로트 크기입니다.고형, 부분형성 또는 격자형 지오메트리를 함께 제작하여 고관절 스템, 관골컵 또는 표면 지오메트리에 의해 오서 통합이 강화된 기타 정형외과용 임플란트 등의 단일 객체를 만들 수 있는 하이브리드 형태를 제작할 때 이점을 얻을 수 있다.선택적 레이저 용해 기술을 사용한 선구적 작업의 대부분은 가공을 위한 툴링 및 표면으로의 물리적 접근과 같은 전통적인 제조 제약으로 인해 구성 요소 설계가 제한되는 항공 우주용 경량[32] 부품에 관한 것입니다.SLM을 사용하면 폐기물을 [33]제거하는 대신 그물 모양 구성요소에 가까운 부품을 추가로 제작할 수 있습니다.

기존의 대량 제조 기법은 셋업 비용이 상대적으로 높습니다(예: 사출 성형, 단조, 인베스트먼트 주조).SLM은 현재 시간 민감성과 장비의 전체 자본 비용 때문에 부품당 비용이 높습니다.그러나 맞춤 가능한 부품의 수량이 한정되어 있는 경우, 이 공정은 여러 가지 용도 또는 용도에 있어 매력적인 상태로 유지됩니다.예를 들어 오래된 장비 및 기계의 스페어/교체 부품(예: 빈티지 자동차) 또는 개별 환자를 위해 설계된 임플란트와 같은 맞춤형 제품의 경우가 이에 해당합니다.

J-2X와 RS-25 로켓 엔진용 니켈 합금으로 제작하기 어려운 부품을 만드는 기술을 실험 중인 NASA의 마셜 우주 비행 센터의 테스트에 따르면, 이 기술로 만드는 부품은 단조나 밀링 부품보다 다소 약하지만 종종 단점이 되는 용접의 필요성을 피한다.를 [32]참조해 주세요.

이 기술은 항공우주, 치과, 의료 및 기타 중소규모, 매우 복잡한 부품, 직접 공구 인서트 또는 짧은 리드 타임을 필요로 하는 공구 산업 등 다양한 산업을 위한 직접 부품을 제조하는 데 사용됩니다.이 기술은 신제품 개발 시간을 단축하기 때문에 신속한 프로토타이핑과 조립 및 복잡한 [34]기하학적 구조를 단순화하는 비용 절감 방법으로 생산 제조에 모두 사용됩니다.

중국 서북부종합기술대학은 [35]항공기용 구조용 티타늄 부품을 제작하기 위해 이와 유사한 시스템을 사용하고 있다.EADS 연구에 따르면 이 공정을 사용하면 항공우주 분야에서 [36]재료와 낭비를 줄일 수 있습니다.

2013년 9월 5일 Elon Musk는 EOS 3D 금속 프린터에서 나오는 SpaceX의 재생 냉각 SuperDraco 로켓 엔진 챔버의 이미지를 트위터에 올렸다.[37]스페이스X는 2014년 5월 슈퍼드레이코 엔진의 비행 인정 버전이 완전 인쇄되었으며, 최초의 완전 인쇄 로켓 엔진이라고 발표했다.이 엔진은 니켈과 철의 합금인 인코넬을 사용하여 금속 레이저 직접 소결로 가법 제조되며 매우 높은 온도에서 6,900킬로파스칼(1,000psi)의 챔버 압력으로 작동합니다.엔진은 엔진 [38][39][40]고장 시 결함 전파를 방지하기 위해 인쇄된 보호 나셀(DMLS 인쇄)에 포함되어 있다.이 엔진은 2014년 5월 완전 검증 테스트를 마쳤으며 2018년 [41]4월 첫 궤도 비행을 할 예정이다.

복잡한 부품을 3D 프린팅하는 능력은 엔진의 저질량 목표를 달성하는 데 핵심이었습니다.Elon Musk에 따르면, "이것은 매우 복잡한 엔진이며, 모든 냉각 채널, 인젝터 헤드, 스로틀 메커니즘을 형성하는 것은 매우 어려웠다.SuperDraco 엔진을 [42]그대로 만들기 위해서는 매우 고강도 고급 합금을 인쇄할 수 있는 것이 매우 중요했습니다."SuperDraco 엔진의 3D 프린팅 공정은 기존 주조 부품에 비해 리드 타임을 크게 단축하고 "강도와 연성, 내파괴성이 뛰어나며 재료 특성에서 변동성이 낮습니다."[43]

또한 FDA는 2018년에 SLM을 [44]사용하여 티타늄으로 만든 사상 최초의 3D 프린팅 척추 임플란트를 승인했습니다.

업계 응용 프로그램

  • 항공 우주 – 특정 항공 기구를 수용하는 공기 덕트, 고정 장치 또는 설치 장치, 레이저 소결은 상업 및 군사 항공 우주선의 요구에 모두 부합합니다.
  • 제조 – 레이저 소결은 경쟁력 있는 비용으로 적은 양의 틈새 시장에 서비스를 제공할 수 있습니다.레이저 소결은 규모의 경제와는 무관하므로 배치 크기 최적화에 초점을 맞출 필요가 없습니다.
  • 의료 – 의료 기기는 복잡하고 가치가 높은 제품입니다.고객의 요구 사항을 정확하게 충족해야 합니다.이러한 요건은 운영자의 개인적 선호에서만 발생하는 것이 아니다. 지역마다 크게 다른 법적 요건이나 규범도 준수해야 한다.그 결과 다양한 종류가 제공되므로 제공되는 변종 수가 적습니다.
  • 프로토타이핑 – 레이저 소결은 설계 및 기능성 프로토타입을 사용할 수 있도록 함으로써 도움이 될 수 있습니다.그 결과 기능 테스트를 신속하고 유연하게 시작할 수 있습니다.동시에 이러한 프로토타입을 사용하여 잠재적 고객 [45]수용도를 측정할 수 있습니다.
  • 툴링 – 직접 프로세스로 공구 경로 생성 및 EDM과 같은 여러 가공 프로세스를 제거합니다.공구 인서트는 하룻밤 또는 몇 시간 만에 제작됩니다.또한 설계의 자유로움으로 공구 성능을 최적화할 수 있습니다(예: 공구에 [46]적합 냉각 채널을 통합).

기타 응용 프로그램

  • 캐비티, 언더컷, 드래프트 각도가 있는 부품
  • 적합성, 형태 및 기능 모델
  • 공구, 고정장치 및 지그
  • 등각 냉각 채널
  • 로터 및 임펠러
  • 복잡한 브래킷[47]

잠재적인

선택적 레이저 용해 또는 적층 제조는 고속 제조 또는 고속 프로토타이핑이라고도 하며, 기계가공, 주조 또는 단조 금속과 같은 기존 방법에 비해 사용자가 상대적으로 적은 초기 단계에 있습니다. 그러나 이 기술을 사용하는 방법은 매우[weasel words] 능숙해졌습니다.모든 프로세스 또는 방법과 마찬가지로 선택적 레이저 용해도 당면한 작업에 적합해야 합니다.항공우주 및 의료 정형외과와 같은 시장에서는 이 기술을 제조 공정으로 평가해 왔습니다.수용에 대한 장벽이 높고 컴플라이언스 문제로 인해 오랜 기간 인정과 자격 인정이 이루어집니다.이는 경쟁 시스템의 성능을 측정할 수 있는 완전한 국제 표준이 없는 것으로 입증됩니다[when?].해당 표준은 ASTM F2792-10 적층 제조 [citation needed]기술에 대한 표준 용어입니다.

선택적 레이저 소결(SLS)과의 차이점

SLS의 사용은 [48]금속뿐만 아니라 플라스틱, 유리, 세라믹 등 다양한 재료에 적용되는 공정을 말합니다.SLM이 다른 3D 프린팅 공정과 다른 점은 분말 입자가 융합할 수 있는 특정 지점까지 가열하지 않고 분말을 완전히 녹여 재료의 다공성을 제어할[citation needed] 수 있다는 것입니다.한편, SLM은 레이저를 사용하여 금속을 완전히 녹이면 SLS보다 한 단계 더 나아갈 수 있습니다. 즉, 분말은 용융되지 않고, 실제로 분말 입자를 녹여 균질한 부분으로 만들 수 있을 만큼 오랫동안 액화됩니다.따라서 SLM은 다공성이 감소하고 결정 구조에 대한 제어가 강화되어 더 강한 부품을 생산할 수 있으며, 이는 부품[citation needed] 고장을 방지하는 데 도움이 됩니다.또한 격자 미스핏을 최소화하고 결정면 일치에 따른 유사한 원자 패킹 및 열역학적 안정성을 가진 특정 유형의 나노 입자를 금속 분말에 도입하여 균열이 없는 등축 미세 구조를 [49]실현하는 입자 정제 핵으로 사용할 수 있다.그러나 SLM은 단일 금속 [citation needed]분말을 사용하는 경우에만 가능합니다.

혜택들

SLM은 전통적인 제조 기술에 비해 많은 이점을 가지고 있습니다.특별한 공구가 필요하지 않고 몇 시간 안에 부품을 제작할 수 있기 때문에 고유한 부품을 신속하게 제작할 수 있는 능력은 가장 명백합니다.

SLM은 또한 생산에 사용되는 몇 안 되는 적층 제조 기술 중 하나입니다.컴포넌트는 층별로 구축되기 때문에 주조할 수 없거나 기계화할 수 없는 내부 피쳐와 통로를 설계할 수 있습니다.복잡한 지오메트리 및 여러 컴포넌트가 포함된 어셈블리는 비용 효율이 높은 어셈블리로 더 적은 부품으로 단순화할 수 있습니다.DMLS는 주조와 같은 특수 공구가 필요하지 않으므로 단기간 생산 시 편리합니다.

제약

크기, 특징 상세 및 표면 마감, Z축의 치수 오차[clarification needed] 인쇄 등의 측면은 이 [according to whom?]기술을 사용하기 전에 고려해야 할 요소일 수 있습니다.그러나 대부분의 피쳐가 x축과 y축에 짜여져 있는 머신에 재료를 배치함으로써 피쳐 허용 오차를 잘 관리할 수 있습니다.일반적으로 미러 또는 극도로 매끄러운 마감을 위해 표면을 광택해야 합니다.

생산 도구의 경우 사용 [according to whom?]전에 완성된 부품 또는 인서트의 재료 밀도를 고려해야 합니다.예를 들어 사출 성형 인서트에서는 표면 결함으로 인해 플라스틱 부품에 결함이 발생하며 인서트는 금형의 베이스와 온도 및 표면을 조합하여 문제를 [citation needed]방지해야 합니다.

사용된 재료 시스템과 별개로, SLM 공정은 "분말 입자 크기, 층별 건축 순서 및 [분말 분배 메커니즘에 의한 소결 전 금속 분말의 확산]으로 인해 입상 표면 마감을 남깁니다."[50]

생성된 부품의 금속 지지구조 제거 및 후처리는 시간이 걸리는 프로세스일 수 있으며, RP기계가 [citation needed]제공하는 것과 동일한 수준의 정밀도를 가진 가공, EDM 및/또는 연삭기계의 사용이 필요할 수 있다.

SLM에 의해 생성된 부품의 얕은 표면 용융에 의한 레이저 연마에서는 "표면 피크 용융을 일으키기에 충분한 열 에너지"를 제공하는 빠르게 이동하는 레이저 빔을 사용하여 표면의 거칠기를 줄일 수 있습니다.녹은 덩어리는 표면 장력, 중력 및 레이저 압력에 의해 표면 계곡으로 흘러들어가 거칠기가 [50]감소합니다."

고속 프로토타이핑 기계를 사용할 경우 이진수(Solid Works, CATIA 또는 기타 주요 CAD 프로그램에서 생성된)의 원시 메시 데이터만 포함하는 .stl 파일은 .cli 및 .sli 파일(비스테레오그래피 기계에 [51]필요한 형식)로 추가로 변환해야 합니다.소프트웨어는 다른 프로세스와 마찬가지로 .stl 파일을 .sli 파일로 변환합니다.이 [citation needed]절차와 관련된 비용이 발생할 수 있습니다.

기계 부품

SLM 기계의 일반적인 컴포넌트는 레이저 소스, 롤러, 플랫폼 피스톤, 분리 가능한 빌드 플레이트, 공급 분말, 공급 용량(피스톤 등), 광학 및 [52]미러입니다.대부분의 플랫폼에 걸친 일반적인 빌드 엔벨로프는 (EOS M 290의 경우[53] 등) 250 x 250 x 325 mm이며,[clarification needed] 동시에 여러 부품을 '확장'할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

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외부 링크

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