Vue d'ensemble
slmLa fusion sélective au laser est un procédé de fabrication additive qui utilise un laser pour fondre et fusionner sélectivement des poudres métalliques couche par couche afin de construire une pièce en 3D. C'est l'une des technologies d'impression 3D de métaux les plus utilisées aujourd'hui.
Quelques points essentiels à connaître sur les équipements slm :
- Fonctionne avec divers métaux, notamment les aciers inoxydables, le titane, l'aluminium, les alliages de nickel, etc.
- Utilise un laser de haute puissance pour faire fondre sélectivement des particules de poudre métallique dans un lit de poudre.
- Construit des pièces couche par couche en étalant de fines couches de poudre et en balayant le laser pour faire fondre la section transversale.
- Production de pièces métalliques entièrement denses avec des propriétés mécaniques comparables à celles de la fabrication traditionnelle
- Permet des géométries complexes impossibles à réaliser avec les méthodes soustractives conventionnelles
- Bien adapté à la production de petits lots, aux pièces personnalisées et au prototypage rapide
- Les machines slm se composent d'un laser, d'un système de scanner, d'un lit de poudre, d'un mécanisme de recouvrement, etc.
Ce guide fournit une vue d'ensemble de l'équipement de fusion par laser sélectif, couvrant le fonctionnement, les types, les applications, les spécifications, les fournisseurs, l'installation, le fonctionnement, l'entretien, et plus encore. Explorons le monde des équipements de fusion sélective par laser !
Types d'équipements slm
Il existe plusieurs catégories et types d'équipements slm disponibles auprès de différents fabricants. Voici une comparaison :
| Type d'équipement | Taille du bâtiment | Type de laser | Caractéristiques principales |
|---|---|---|---|
| Desktop slm | 50-150 mm | Fibre, CO2 | Taille compacte, coût réduit, R & D, petites pièces |
| Slm d'établi | 150-300 mm | Fibre, CO2 | Volume de construction plus important, coût modéré |
| Industriel slm | 300-500 mm | Fibre, CO2 | Production automatisée de grande capacité |
| Grand format slm | 500+ mm | Fibre | Pour les grandes pièces, haute productivité |
Les principaux facteurs qui différencient les types de machines slm sont les suivants :
- Volume de construction – ; Taille maximale des pièces pouvant être imprimées. Elle varie de quelques cm pour les ordinateurs de bureau à 1 m pour les grands systèmes.
- Type de laser – ; Les lasers à fibre permettent un traitement plus rapide. Les lasers CO2 sont moins coûteux.
- Automatisation – ; Les systèmes industriels présentent des niveaux d'automatisation et de contrôle plus élevés.
- Utilisation de gaz inertes – ; Les grandes machines utilisent plus souvent du gaz argon inerte que les petites qui utilisent de l'air.
- Prix – ; Les modèles de bureau et de paillasse sont moins coûteux et ont une capacité réduite.
En résumé, les équipements slm de bureau et d'établi sont bien adaptés au prototypage et à la recherche et au développement, tandis que les systèmes industriels et de grand format sont conçus pour les applications de production en volume. Lors du choix d'un type de machine slm, il convient de tenir compte de la taille de la construction, du prix, des besoins en matière de qualité et d'autres exigences.
Composants de l'équipement slm
Les machines slm sont constituées de plusieurs sous-systèmes et composants principaux qui fonctionnent ensemble pour permettre le processus de fabrication additive. Voici les principaux composants :
| Composant | Description |
|---|---|
| Laser | Fournit une énergie thermique ciblée pour faire fondre sélectivement le matériau en poudre |
| Système de balayage | Contrôle et positionne le faisceau laser avec précision |
| Lit à poudre | Maintient et étale les couches de poudre métallique |
| Récupérateur | Répartit et nivelle la poudre fraîche sur la zone de construction |
| Livraison de poudre | Alimentation en poudre nouvelle à partir d'une cartouche ou d'un conteneur |
| Plaque de construction | Maintient la pièce imprimée au fur et à mesure que les couches s'accumulent |
| Débit de gaz inerte | Atmosphère protectrice d'argon ou d'azote |
| Ordinateur | Contrôle le matériel, exécute le fichier de construction |
| Refroidisseur | Refroidit les lasers et les optiques sensibles |
| Filtres | Capture de l'excès de poudre et de particules |
Le laser est l'un des composants les plus critiques. Les machines slm utilisent généralement un laser à fibre (dopé à l'ytterbium) ou un laser CO2 d'une puissance de 100 à 1 000 watts. Le système de balayage laser dirige le faisceau laser sur la surface du lit de poudre et balaye la section transversale de chaque couche.
Parmi les autres équipements clés, citons le lit de poudre qui contient la poudre de matière première, la machine à recouvrir pour étaler de nouvelles couches de poudre, le système d'écoulement de gaz inerte, divers capteurs, et bien d'autres choses encore. Le logiciel de commande intégré convertit les données CAO en instructions que l'équipement doit suivre couche par couche.
Spécifications de l'équipement slm
Les machines slm peuvent être comparées en fonction de diverses spécifications techniques et paramètres de performance. Voici quelques spécifications clés à prendre en compte pour les systèmes slm :
| Spécifications | Gamme typique |
|---|---|
| Volume de construction | 50mm – ; 500mm longueur de bord |
| Épaisseur de la couche | 20-100 microns |
| Puissance du laser | 100-1000W |
| Vitesse de balayage | Jusqu'à 10 m/s |
| Taille du faisceau | 50-100 microns |
| Matériau en poudre | Acier inoxydable, titane, alliages de nickel, alliages d'aluminium, etc. |
| Matériels pris en charge | La plupart des alliages soudables |
| Précision | ± 0,1-0,2 % de précision dimensionnelle |
| Finition de la surface | Jusqu'à 15 microns de rugosité |
D'autres facteurs tels que l'utilisation de gaz inerte, l'efficacité du système de filtrage, les capacités logicielles et d'autres encore différencient les modèles et les performances des équipements slm. En général, les systèmes industriels offrent des volumes de construction plus importants, une puissance laser plus élevée, des vitesses de balayage plus rapides et un meilleur contrôle des processus par rapport aux modèles de bureau.
Considérations relatives à la conception de l'équipement slm
Les machines slm impliquent une conception et une ingénierie de précision pour les systèmes optiques, mécaniques, électroniques et logiciels. Parmi les facteurs clés de la conception, on peut citer
- Optique laser – ; Système galvo-miroir bien configuré pour une orientation précise du laser et un dimensionnement du spot.
- Manipulation des poudres – ; Minimiser les bourrages et assurer un écoulement régulier de la poudre.
- Débit de gaz – ; Gestion du flux laminaire à travers le lit de poudre.
- Plaque de construction – ; Résistance aux températures élevées répétées.
- Contrôles – ; Surveillance et réglage précis des paramètres en temps réel.
- Filtres – ; Capture de particules et de poudres métalliques à l'échelle du micron.
- Prévention de la contamination – ; Garder les optiques sensibles propres.
- Calibrage – ; Maintien de l'alignement et de l'étalonnage pendant le fonctionnement.
- Préparation à l'automatisation – ; Permettre l'intégration des systèmes de manutention.
Une conception minutieuse de l'équipement slm est nécessaire pour obtenir des constructions reproductibles et de haute qualité dans un environnement de production. Les principaux fabricants continuent d'affiner le matériel et le logiciel pour un meilleur contrôle du processus.
slm Fournisseurs d'équipements
Il existe une série d'entreprises qui fabriquent et fournissent des solutions d'équipement slm. Voici quelques-uns des principaux fournisseurs :
| Fournisseur | Marques/modèles d'équipement |
|---|---|
| EOS | Série EOS M, série EOS P |
| Solutions SLM | SLM®125, SLM®280, SLM®500, SLM®800 |
| GE Additive | Concept Laser M2, MLine, XLine 500R |
| Systèmes 3D | ProX® DMP 100, 200, 300, 320 |
| Trumpf | TruPrint 1000, 3000, 5000 |
| Renishaw | RenAM 500Q, RenAM 500M |
| Sisma | Sisma Mysint100, Mysint300 |
En outre, un nombre croissant de fournisseurs asiatiques proposent des équipements slm de bureau plus abordables :
- Farsoon
- 3D plus long
- Raycham
- Wiiboox
- Créalité
Lors de la sélection d'un fournisseur d'équipements slm, les éléments clés à prendre en compte sont la qualité de fabrication, la fiabilité, le service, l'assistance à la clientèle, les caractéristiques de traitement des poudres, les capacités logicielles, les prix et les expériences antérieures des utilisateurs. Les principaux fabricants d'équipements d'origine tendent à offrir une technologie et des performances éprouvées.
Prix de l'équipement slm
Le coût des équipements slm peut varier considérablement en fonction du volume de construction, des caractéristiques et du fabricant. Voici un aperçu des fourchettes de prix habituelles :
| slm Type d'équipement | Fourchette de coûts approximative |
|---|---|
| Desktop slm | $50,000 – $150,000 |
| Slm d'établi | $150,000 – $300,000 |
| Industriel slm | $300,000 – $1,000,000 |
| Grand format slm | $1,000,000+ |
En général, les systèmes slm industriels des fabricants d'équipement d'origine coûtent entre 300 000 et 1 000 000 de dollars. Des enveloppes de construction plus grandes, des lasers plus puissants et une plus grande automatisation augmentent le prix.
Des modèles d'ordinateurs de bureau abordables provenant de fournisseurs asiatiques sont disponibles à moins de 100 000 dollars. Nombre d'entre eux offrent des capacités similaires à celles des équipements plus coûteux, mais peuvent manquer de fiabilité, de performance ou de service.
Les coûts totaux comprennent également les coûts d'exploitation permanents pour les poudres métalliques, les filtres, l'approvisionnement en gaz, l'entretien, les réparations et les pièces de rechange, qui peuvent être considérables. Les coûts d'achat de l'équipement et les coûts d'exploitation doivent être pris en compte.
Installation de l'équipement slm
Une installation correcte de l'équipement slm permet d'assurer un fonctionnement sûr et optimal. Voici les principales étapes de l'installation :
- Déballez soigneusement les composants de la machine et vérifiez qu'ils ne sont pas endommagés.
- Placez l'appareil sur un cadre ou une table solide pour minimiser les vibrations.
- La plate-forme de construction est nivelée avec précision.
- Raccorder le refroidisseur, l'alimentation en gaz, les conduits de ventilation.
- Installer une unité d'extraction des fumées/un filtre.
- Brancher l'alimentation électrique.
- Installer et calibrer toutes les optiques et la trajectoire du laser.
- Mouvement d'essai de la machine à recouvrir et du système de poudrage.
- Intégrer des capteurs de surveillance.
- Mettre en place un système de manutention des poudres en circuit fermé.
- Initialiser et calibrer les réglages de la machine.
- Effectuer des essais de construction d'échantillons et valider la qualité.
Une préparation adéquate de l'installation est également nécessaire, notamment en ce qui concerne l'espace, l'alimentation électrique, la stabilité de la température et de l'humidité, la ventilation, les capacités de manipulation des matières dangereuses, etc. L'installation est généralement réalisée par les représentants du fabricant de l'équipement.
Fonctionnement de l'équipement slm
L'exploitation d'une machine slm nécessite une supervision attentive, un contrôle du système, des protocoles standard et une validation de la construction. Voici les principales procédures d'exploitation :
- Importer et préparer le modèle CAO 3D dans le logiciel de tranchage.
- Sélectionner les paramètres du processus et générer les fichiers de construction.
- Tamiser et charger la poudre métallique dans le système.
- Sélectionner et monter la plaque de construction.
- Réglage de l'épaisseur de la couche, de la puissance du laser, de la vitesse, etc.
- Lancer le flux de gaz inerte et préchauffer le lit de poudre.
- Lancer l'épandage de la première couche de poudre et le balayage laser.
- Contrôler périodiquement la température, les niveaux de poudre et le débit de gaz.
- Laisser les couches se compléter jusqu'à ce que la hauteur totale de construction soit atteinte.
- Retirer la plaque de construction lorsqu'elle est terminée et récupérer la pièce.
- Éliminer l'excès de poudre à l'aide de techniques de sablage.
- Post-traitement de la pièce si nécessaire – ; recuit, usinage, etc.
Les paramètres critiques du processus qui sont contrôlés comprennent la puissance du laser, le modèle de balayage, la vitesse de balayage, l'espacement des hachures, l'épaisseur de la couche, la température de préchauffage et d'autres. Une surveillance et un réglage en temps réel sont souvent nécessaires.
Les équipements de sécurité pour la protection des voies respiratoires et des yeux, ainsi que la formation sur les énergies dangereuses sont obligatoires. Les pièces sont également soumises à des tests de validation afin de vérifier les propriétés des matériaux requis.
slm Maintenance des équipements
L'entretien préventif de routine permet de maximiser le temps de fonctionnement et les performances. Les tâches d'entretien comprennent
- Nettoyage – ; Veillez à ce que l'optique, la trajectoire du laser et les capteurs soient exempts de saletés et de débris.
- Étalonnage – ; Réalignement et étalonnage des capteurs, des lasers et des optiques.
- Remplacement des filtres – ; Remplacer régulièrement les filtres à air et à poudre.
- Recycleur – ; Lubrifier/remplacer les lames du recycleur, ajuster l'écartement.
- Laser – ; Contrôle de la qualité du faisceau et réglage de l'alignement du résonateur.
- Mouvement – ; Lubrifier les étages linéaires, remplacer les composants usés.
- Poudre – ; Jeter régulièrement l'excédent de poudre pour éviter la formation de grumeaux.
- Contrôles de sécurité – ; Confirmer l'état des détecteurs de gaz, des alarmes et des capteurs.
- Firmware – ; Installer les mises à jour du logiciel et du firmware du fournisseur.
Les fabricants fournissent des manuels d'entretien détaillant les programmes d'entretien quotidiens, hebdomadaires et mensuels recommandés. Les pièces consommables telles que les filtres et les lames de recouvreur doivent être remplacées régulièrement. Les contrats d'entretien peuvent fournir un service préventif régulier.
Applications de l'équipement slm
La technologie slm est bien adaptée à diverses applications dans différents secteurs. Voici quelques applications typiques :
Aérospatiale – ; Aubes de turbines, supports structurels, tuyères de fusées
Médical – ; Implants orthopédiques, prothèses, instruments chirurgicaux
Automobile – ; Allègement des pièces, outillage sur mesure
Industrie – ; Échangeurs de chaleur, pièces pour la manipulation des fluides
Défense – ; Composants pour armes à feu, armures
Bijoux – ; Bijoux en métal précieux personnalisés
Les principaux avantages du slm pour ces applications sont la consolidation des assemblages en une seule pièce, la réduction du poids, les canaux de refroidissement complexes, les formes libres, la rapidité d'exécution, etc.
La haute précision, la petite taille des éléments et les excellentes propriétés mécaniques du slm en font un matériau idéal pour la fabrication de composants légers, optimisés et personnalisés dans tous les secteurs.
Comment choisir un fournisseur d'équipements slm
Le choix du bon équipement et du bon fournisseur de slm est une décision importante. Voici quelques éléments clés à prendre en compte lors du choix d'un fournisseur de slm :
- Qualité de construction – ; Évaluer les échantillons de pièces pour s'assurer de leur bonne densité, de leurs propriétés et de leur précision.
- Fiabilité – ; Rechercher des données de terrain sur l'intervalle entre les défaillances et la longévité.
- Support technique – ; Évaluer le temps de réponse et l'infrastructure de soutien.
- Garantie – ; Examiner les conditions de garantie sur le matériel, les optiques, etc.
- Formation – ; Vérifier l'existence d'une formation au fonctionnement et à l'entretien.
- Gamme de matériaux – ; Tenir compte des matériaux en poudre disponibles et de leur qualité.
- Logiciel – ; Examinez les capacités des logiciels intégrés et leur facilité d'utilisation.
- Présence régionale – ; Déterminer la disponibilité des ingénieurs d'application locaux.
- Contrats de service – ; Comparez les contrats de maintenance après-vente et les accords de niveau de service.
- Tarification – ; Équilibrer le coût d'achat, le coût total de possession et la valeur des performances.
Réduire la liste des candidats en fonction des spécifications de construction, de la fourchette de prix et de la tolérance au risque. Planifier des démonstrations d'équipement et évaluer directement la qualité des échantillons de pièces auprès des fournisseurs potentiels avant de prendre la décision finale d'achat.
slm vs autres procédés d'impression 3D de métaux
Le slm est l'une des nombreuses technologies de fabrication additive métallique, chacune ayant son propre profil. Voici comment se compare le slm :
| Processus | Pour | Cons |
|---|---|---|
| Fusion sélective par laser (SLM) | Excellentes propriétés, haute précision, la plupart des alliages | Vitesse plus faible, coût plus élevé, contraintes résiduelles |
| Frittage direct de métaux par laser (DMLS) | Bonnes propriétés des matériaux, faibles coûts | Problèmes de porosité dans certains alliages |
| Fusion par faisceau d'électrons (EBM) | Excellentes propriétés structurelles, densité proche de la densité maximale | Moins d'alliages pris en charge, précision modérée |
| Dépôt d'énergie dirigée (DED) | Grandes pièces, dépôt de métal, réparations | Résolution plus faible, coût plus élevé |
Principales différences :
- slm produit des structures entièrement denses et sans vide dans une gamme plus large d'alliages, mais à des vitesses de fabrication plus faibles.
- La poudre DMLS est frittée et non entièrement fondue, ce qui limite les performances du matériau.
- L'EBM nécessite un vide, supporte moins d'alliages mais offre d'excellentes propriétés aux matériaux.
- Le DED est moins précis, mais il permet de réaliser des applications de dépôt de métaux à grande échelle.
Pour la plupart des composants de production de grande valeur, le slm offre des propriétés matérielles supérieures. Mais pour les grosses réparations ou les formes plus simples, les procédés DED ou DMLS peuvent s'avérer plus rentables.
Avantages et limites du slm
Comme toute technologie, le slm présente des avantages et des limites à prendre en compte :
Avantages
- Grande précision dimensionnelle et finition de surface soignée
- Excellentes propriétés mécaniques maintenues tout au long de la fabrication
- Géométries complexes et structures légères possibles
- Pièces et assemblages consolidés
- Délai d'exécution rapide pour les itérations de conception
- Formes, caractéristiques et conceptions personnalisées
Limites
- Les petites enveloppes de construction limitent la taille des pièces
- Taux de production relativement lents
- Prise en charge de matériaux limités – ; principalement des métaux
- Un post-traitement important est souvent nécessaire
- Les contraintes résiduelles peuvent provoquer des déformations
- Coûts élevés des équipements et des matériaux
Comprendre les exigences de l'application et comparer les compromis du processus pour déterminer si le slm est le processus d'AM le plus approprié. Le slm est un outil polyvalent pour la production de pièces métalliques, mais il faut de l'expérience pour optimiser les applications.
FAQ
Voici les réponses aux questions les plus fréquemment posées sur les équipements slm :
Q : Quels sont les métaux qui peuvent être traités par le slm ?
R : La plupart des alliages soudables, y compris l'acier inoxydable, le titane, les alliages de nickel, l'aluminium, l'acier à outils, etc. De nouveaux matériaux sont continuellement validés.
Q : Quelles sont les résolutions de couches typiques pour les machines slm ?
R : L'épaisseur des couches varie de 20 à 100 microns, 50 microns étant une valeur courante. Des couches plus fines améliorent la finition de la surface mais augmentent également le temps de fabrication.
Q : Quelle taille de pièce peut-on réaliser avec slm ?
R : Les systèmes de bureau permettent des constructions jusqu'à une taille de 100-150 mm, tandis que les machines slm industrielles permettent des enveloppes de construction de 500 mm ou plus.
Q : Quels sont les processus nécessaires après l'impression du slm ?
R : Les étapes de post-traitement comprennent l'enlèvement du support, le sablage, le recuit, l'usinage, le polissage et l'application de traitements de surface.
Q : Quels sont les types de précision et de finition de surface obtenus ?
R : La précision dimensionnelle atteint ±0,1-0,2 % avec des finitions de surface d'une rugosité d'environ 15 microns, en fonction des paramètres.
Q : Quelles sont les précautions à prendre pour le fonctionnement de l'appareil ?
R : Un EPI adéquat comprenant des respirateurs, des lunettes de protection, des gants et une formation à la manipulation des matières dangereuses. Une bonne ventilation et une manipulation sûre des poudres sont essentielles.
Q : Quelle est la maintenance requise pour les machines slm ?
R : L'entretien régulier comprend le nettoyage des optiques/laser, le changement des filtres, l'élimination des poudres, la lubrification, les étalonnages, les mises à jour des microprogrammes, etc.
Q : Combien de temps faut-il pour configurer une tâche de construction sur une machine slm ?
R : Avec les modèles CAO préparés, l'orientation des pièces, le réglage des paramètres et les temps de coupe, le démarrage d'une construction peut durer de 30 minutes à quelques heures.
Conclusion
Le slm offre des capacités de transformation pour la production de pièces métalliques denses et de haute performance. La compréhension des différents types d'équipement, des principes de fonctionnement, des spécifications, des applications et des avantages permet d'exploiter efficacement la technologie. Grâce aux progrès constants des machines, des matériaux, des logiciels et du contrôle des processus, le slm promet de devenir encore plus compétitif par rapport à la fabrication conventionnelle.