Visão geral
slmA fusão seletiva a laser (selective laser melting) é um processo de manufatura aditiva que usa um laser para derreter e fundir seletivamente material metálico em pó, camada por camada, para construir uma peça 3D. É uma das tecnologias de impressão 3D de metal mais comumente usadas atualmente.
Alguns aspectos importantes a saber sobre os equipamentos slm:
- Trabalha com vários metais, incluindo aços inoxidáveis, titânio, alumínio, ligas de níquel e muito mais
- Usa um laser de alta potência para derreter seletivamente partículas de pó metálico em um leito de pó
- Constrói peças camada por camada, espalhando finas camadas de pó e escaneando o laser para fundir a seção transversal
- Produz peças metálicas totalmente densas com propriedades mecânicas comparáveis às da fabricação tradicional
- Permite geometrias complexas que não são possíveis com métodos subtrativos convencionais
- Adequado para produção de pequenos lotes, peças personalizadas e prototipagem rápida
- As máquinas slm consistem em um laser, um sistema de scanner, um leito de pó, um mecanismo de recobrimento e muito mais
Este guia oferece uma visão geral abrangente dos equipamentos de slm, incluindo o funcionamento, os tipos, as aplicações, as especificações, os fornecedores, a instalação, a operação, a manutenção e muito mais. Vamos explorar o mundo dos equipamentos de fusão seletiva a laser!
Tipos de equipamentos slm
Há várias categorias e tipos de equipamentos slm disponíveis de diversos fabricantes. Veja a seguir uma comparação:
| Tipo de equipamento | Tamanho da construção | Tipo de laser | Principais características |
|---|---|---|---|
| Desktop slm | 50-150 mm | Fibra, CO2 | Tamanho compacto, menor custo, P&D, peças pequenas |
| Slm de bancada | 150-300 mm | Fibra, CO2 | Maior volume de construção, custo moderado |
| Slm industrial | 300-500 mm | Fibra, CO2 | Produção automatizada e de alta capacidade |
| Slm de grande formato | 500+ mm | Fibra | Para peças grandes, alta produtividade |
Os principais fatores que diferenciam os tipos de máquinas slm incluem:
- Volume de construção - Tamanho máximo da peça que pode ser impressa. Varia de alguns centímetros para desktop a mais de 1 m para sistemas grandes.
- Tipo de laser - Os lasers de fibra permitem um processamento mais rápido. Os lasers de CO2 têm custo mais baixo.
- Automação - Os sistemas industriais têm níveis mais altos de automação e controle.
- Uso de gás inerte - As máquinas maiores geralmente usam gás argônio inerte, enquanto as menores usam ar.
- Preço - Os modelos de mesa e de bancada têm custo mais baixo e capacidade reduzida.
Portanto, em resumo, os equipamentos slm de mesa e de bancada são adequados para fins de prototipagem e P&D, enquanto os sistemas industriais e de grande formato são projetados para aplicações de produção em volume. Considere o tamanho da construção, o preço, as necessidades de qualidade e outros requisitos ao selecionar um tipo de máquina slm.
Componentes de equipamentos slm
As máquinas slm consistem em vários subsistemas e componentes principais que trabalham juntos para permitir o processo de manufatura aditiva. Veja a seguir os principais componentes:
| Componente | Descrição |
|---|---|
| Laser | Fornece energia térmica focada para derreter seletivamente o material em pó |
| Sistema de escaneamento | Controla e posiciona o feixe de laser com precisão |
| Cama de pó | Mantém e espalha as camadas de pó metálico |
| Recuperador | Espalha e nivela o pó fresco sobre a área de construção |
| Entrega de pó | Alimenta o novo pó do cartucho/contêiner |
| Placa de construção | Mantém a peça impressa à medida que as camadas se acumulam |
| Fluxo de gás inerte | Atmosfera protetora de gás argônio ou nitrogênio |
| Computador | Controla o hardware, executa o arquivo de compilação |
| Resfriador | Resfria lasers e sistemas ópticos sensíveis |
| Filtros | Captura o excesso de pó e partículas |
O laser é um dos componentes mais importantes. As máquinas slm normalmente usam um laser de fibra (dopado com itérbio) ou um laser de CO2 com níveis de potência de 100 a 1.000 watts. O sistema de escaneamento a laser direciona o feixe de laser pela superfície do leito de pó e escaneia a seção transversal de cada camada.
Outros hardwares importantes incluem o leito de pó que contém o pó da matéria-prima, o recobridor para espalhar novas camadas de pó, o sistema de fluxo de gás inerte, vários sensores e muito mais. O software de controle integrado converte dados de CAD em instruções para o equipamento seguir camada por camada.
Especificações do equipamento slm
As máquinas slm podem ser comparadas por várias especificações técnicas e parâmetros de desempenho. Veja a seguir algumas especificações importantes a serem consideradas nos sistemas slm:
| Especificação | Faixa típica |
|---|---|
| Volume de construção | Comprimento da borda de 50 mm a 500 mm |
| Espessura da camada | 20-100 mícrons |
| Potência do laser | 100-1000W |
| Velocidade de escaneamento | Até 10 m/s |
| Tamanho do feixe | 50-100 mícrons |
| Material em pó | Aço inoxidável, titânio, ligas de Ni, ligas de Al, etc. |
| Materiais suportados | A maioria das ligas soldáveis |
| Precisão | ± 0,1-0,2% precisão dimensional |
| Acabamento da superfície | Rugosidade de até 15 mícrons |
Outros fatores, como o uso de consumíveis de gás inerte, a eficácia do sistema de filtragem, os recursos de software e outros, também diferenciam os modelos e o desempenho dos equipamentos de slm. Em geral, os sistemas industriais oferecem volumes de construção maiores, maior potência do laser, velocidades de escaneamento mais rápidas e melhor controle do processo em comparação com os modelos de desktop.
Considerações sobre o projeto do equipamento slm
As máquinas slm envolvem design e engenharia de precisão em sistemas ópticos, mecânicos, eletrônicos e de software. Alguns dos principais fatores de projeto incluem:
- Óptica a laser - Sistema galvo/espelho bem configurado para direcionamento preciso do laser e dimensionamento do ponto.
- Manuseio de pós - Minimiza o atolamento e garante um fluxo suave de pó.
- Fluxo de gás - Gerenciamento do fluxo laminar no leito de pó.
- Placa de construção - Resiste a altas temperaturas repetidas.
- Controles - Monitoramento preciso e ajuste de parâmetros em tempo real.
- Filtros - Captura de partículas metálicas e pó em escala de mícrons.
- Prevenção de contaminação - Manter a óptica sensível limpa.
- Calibração - Manter o alinhamento e a calibração durante a operação.
- Prontidão para automação - Permite a integração de sistemas de manuseio de materiais.
É necessário um projeto cuidadoso do equipamento slm para obter construções repetíveis e de alta qualidade em um ambiente de produção. Os principais fabricantes continuam a aperfeiçoar o hardware e o software para melhorar o controle do processo.
Fornecedores de equipamentos slm
Há uma série de empresas que fabricam e fornecem soluções de equipamentos slm. Aqui estão alguns dos principais fornecedores:
| Fornecedor | Marcas/modelos de equipamentos |
|---|---|
| EOS | Série EOS M, série EOS P |
| Soluções SLM | SLM®125, SLM®280, SLM®500, SLM®800 |
| Aditivo GE | Conceito Laser M2, MLine, XLine 500R |
| Sistemas 3D | ProX® DMP 100, 200, 300, 320 |
| Trumpf | TruPrint 1000, 3000, 5000 |
| Renishaw | RenAM 500Q, RenAM 500M |
| Sisma | Sisma Mysint100, Mysint300 |
Além disso, há um número crescente de fornecedores da Ásia que oferecem equipamentos slm para desktop mais acessíveis, incluindo:
- Farsoon
- 3D mais longo
- Raycham
- Wiiboox
- Criatividade
Ao selecionar um fornecedor de equipamentos slm, as principais considerações incluem qualidade de construção, confiabilidade, serviço, suporte ao cliente, recursos de manuseio de pó, recursos de software, preços e experiências anteriores do usuário. Os principais fabricantes de equipamentos originais tendem a oferecer tecnologia e desempenho comprovados.
Preços de equipamentos slm
O custo do equipamento slm pode variar bastante, dependendo do volume de construção, dos recursos e do fabricante. Aqui está uma visão geral das faixas de preços típicas:
| slm Tipo de equipamento | Faixa de custo aproximada |
|---|---|
| Desktop slm | $50,000 – $150,000 |
| Slm de bancada | $150,000 – $300,000 |
| Slm industrial | $300,000 – $1,000,000 |
| Slm de grande formato | $1,000,000+ |
Em geral, os sistemas slm industriais dos fabricantes de equipamentos originais custam entre $300.000 e $1.000.000. Envelopes de construção maiores, lasers de maior potência e maior automação aumentam o preço.
Modelos de desktop acessíveis de fornecedores asiáticos estão disponíveis por menos de $100.000. Muitos oferecem recursos semelhantes aos de equipamentos com preços mais altos, mas podem apresentar deficiências de confiabilidade, desempenho ou serviço.
Os custos totais também incluem custos operacionais contínuos para pós metálicos, filtros, suprimentos de gás, manutenção, reparos e peças de reposição, que podem ser substanciais. Os custos de compra de equipamentos e os custos operacionais devem ser considerados.
Instalação de equipamentos slm
A instalação adequada do equipamento slm ajuda a garantir uma operação segura e ideal. Veja a seguir as principais etapas de instalação:
- Desembale os componentes da máquina com cuidado e verifique se há danos.
- Posicione-o em uma estrutura ou mesa resistente para minimizar a vibração.
- Plataforma de construção nivelada com precisão.
- Conecte o resfriador, os suprimentos de gás e os dutos de ventilação.
- Instale a unidade/filtro de extração de fumaça.
- Conecte a fonte de alimentação elétrica.
- Instalar e calibrar todas as ópticas e o caminho do laser.
- Teste de movimento do recoater, sistema de pó.
- Integrar sensores de monitoramento.
- Estabelecer um sistema de manuseio de pó em circuito fechado.
- Inicializar e calibrar as configurações da máquina.
- Realizar compilações de testes de amostra e validar a qualidade.
A preparação adequada da instalação também é necessária, incluindo espaço, fonte de alimentação, temperatura/umidade estáveis, ventilação, capacidade de manuseio de materiais perigosos, entre outros. Normalmente, a instalação é realizada pelos representantes do fabricante do equipamento.
Operação do equipamento slm
A operação de uma máquina slm requer supervisão cuidadosa, monitoramento do sistema, protocolos padrão e validação de construção. Aqui estão os principais procedimentos operacionais:
- Importar e preparar o modelo CAD 3D para o software de fatiamento.
- Selecione os parâmetros do processo e gere arquivos de compilação.
- Peneire e carregue o pó metálico no sistema.
- Selecione e monte a placa de montagem.
- Ajuste a espessura da camada, a potência do laser, a velocidade, etc.
- Inicie o fluxo de gás inerte e pré-aqueça o leito de pó.
- Inicie o espalhamento de pó da primeira camada e a varredura a laser.
- Monitore periodicamente a temperatura, os níveis de pó e o fluxo de gás.
- Permita que as camadas sejam concluídas até que a altura total da construção seja atingida.
- Remova a placa de montagem quando terminar e recupere a peça.
- Remova o excesso de pó usando técnicas de jateamento.
- Pós-processar a peça conforme necessário - recozimento, usinagem, etc.
Os parâmetros críticos do processo que são controlados incluem potência do laser, padrão de escaneamento, velocidade de escaneamento, espaçamento entre hachuras, espessura da camada, temperatura de pré-aquecimento e outros. O monitoramento e o ajuste em tempo real geralmente são necessários.
É obrigatório o uso de equipamentos de segurança para proteção respiratória e ocular, além de treinamento sobre energia perigosa. As peças também passam por testes de validação para verificar as propriedades necessárias do material.
Manutenção de equipamentos slm
A manutenção preventiva de rotina ajuda a maximizar o tempo de atividade e o desempenho. As tarefas de manutenção incluem:
- Limpeza - Mantenha a óptica, o caminho do laser e os sensores livres de sujeira e detritos.
- Calibração - Realinhe e calibre sensores, lasers e óptica.
- Troca de filtro - Substitua os filtros de ar e de pó regularmente.
- Recobrador - Lubrificar/substituir as lâminas do recobrador, ajustar a folga.
- Laser - Monitore a qualidade do feixe e ajuste o alinhamento do ressonador.
- Movimento - Lubrifique os estágios lineares e substitua os componentes desgastados.
- Pó - Descarte o excesso de pó regularmente para evitar aglomeração/aglomeração.
- Verificações de segurança - Confirme o status dos detectores de gás, alarmes e sensores.
- Firmware - Instale atualizações de software e firmware do fornecedor.
Os fabricantes fornecem manuais de manutenção que detalham os cronogramas de manutenção diária, semanal e mensal recomendados. Peças consumíveis, como filtros e lâminas de revestimento, exigem trocas de rotina. Os contratos de manutenção podem oferecer serviços preventivos regulares.
Aplicações do equipamento slm
A tecnologia slm é adequada para várias aplicações em diferentes setores. Aqui estão algumas aplicações típicas:
Aeroespacial - Lâminas de turbina, suportes estruturais, bicos de foguete
Médico - Implantes ortopédicos, próteses, instrumentos cirúrgicos
Automotivo - Peças com peso reduzido, ferramentas personalizadas
Industrial - Trocadores de calor, peças de manuseio de fluidos
Defesa - Componentes para armas de fogo, armaduras
Joias - Joias de metais preciosos personalizadas
As principais vantagens do slm para essas aplicações incluem a consolidação de montagens em uma única peça, a redução de peso, canais de resfriamento complexos, formas livres, retorno rápido e muito mais.
A alta precisão, o tamanho pequeno dos recursos e as excelentes propriedades mecânicas do slm o tornam ideal para a fabricação de componentes leves, otimizados e personalizados em todos os setores.
Como selecionar um fornecedor de equipamentos de slm
A escolha do equipamento e do fornecedor de slm corretos é uma decisão importante. Aqui estão as principais considerações ao escolher um fornecedor de slm:
- Qualidade de construção - Avaliar peças de amostra para garantir boa densidade, propriedades e precisão.
- Confiabilidade - Busque dados de campo sobre o tempo médio entre falhas e longevidade.
- Suporte técnico - Avalie o tempo de resposta e a infraestrutura de suporte.
- Garantia - Analise os termos de garantia de hardware, óptica etc.
- Treinamento - Verifique a disponibilidade de treinamento de operação e manutenção.
- Gama de materiais - Considere os materiais em pó disponíveis e a qualidade.
- Software - Examine os recursos do software incorporado e a facilidade de uso.
- Presença regional - Determinar a disponibilidade de engenheiros de aplicativos locais.
- Contratos de serviço - Compare os contratos de manutenção pós-venda e os SLAs.
- Preços - Equilibre o custo de aquisição, o TCO e o valor do desempenho.
Limite a lista com base nas especificações de construção, faixa de preço e tolerância a riscos. Agende demonstrações de equipamentos e avalie em primeira mão a qualidade das peças de amostra dos possíveis fornecedores antes da decisão final de compra.
slm vs. outros processos de impressão 3D em metal
O slm é uma das várias tecnologias de manufatura aditiva de metal, cada uma com seus próprios perfis. Veja como o slm se compara:
| Processo | Prós | Contras |
|---|---|---|
| Fusão seletiva a laser (slm) | Excelentes propriedades, alta precisão, a maioria das ligas | Menor velocidade, maior custo, tensões residuais |
| Sinterização direta a laser de metal (DMLS) | Boas propriedades do material, baixos custos | Problemas de porosidade em algumas ligas |
| Fusão por feixe de elétrons (EBM) | Excelentes propriedades estruturais, próximo à densidade total | Menos ligas suportadas, precisão moderada |
| Deposição de energia direcionada (DED) | Peças grandes, deposição de metal, reparos | Resolução mais baixa, custo mais alto |
Principais diferenças:
- O slm produz estruturas totalmente densas e sem vazios em uma variedade maior de ligas, mas em velocidades de construção mais baixas.
- O pó DMLS é sinterizado em vez de totalmente derretido, o que limita o desempenho do material.
- O EBM requer vácuo, suporta menos ligas, mas oferece excelentes propriedades de material.
- A DED tem menor precisão, mas suporta grandes aplicações de deposição de metal.
Para a maioria dos componentes de produção de alto valor, o slm oferece propriedades de material superiores. Mas para grandes reparos ou formas mais simples, o DED ou o DMLS podem ser mais econômicos.
Vantagens e limitações do slm
Como qualquer tecnologia, o slm tem vantagens e limitações a serem consideradas:
Vantagens
- Alta precisão dimensional e acabamento superficial fino
- Excelentes propriedades mecânicas mantidas durante todo o processo de construção
- Possibilidade de geometrias complexas e estruturas leves
- Peças e montagens consolidadas
- Rápido retorno para iterações de design
- Formas, recursos e designs personalizados
Limitações
- Os pequenos envelopes de construção restringem os tamanhos das peças
- Taxas de produção relativamente lentas
- Suporta materiais limitados - principalmente metais
- Muitas vezes é necessário um pós-processamento significativo
- As tensões residuais podem causar deformação
- Altos custos de equipamentos e materiais
Entenda os requisitos da aplicação e compare as vantagens e desvantagens do processo para determinar se o slm é o processo de AM mais adequado. O slm é uma ferramenta versátil para a produção de peças metálicas, mas requer experiência para otimizar as aplicações.
Perguntas frequentes
Aqui estão as respostas para algumas perguntas frequentes sobre os equipamentos slm:
P: Quais metais podem ser processados com o slm?
R: A maioria das ligas soldáveis, incluindo aço inoxidável, titânio, ligas de níquel, alumínio, aço para ferramentas e muito mais. Novos materiais são continuamente validados.
P: Quais são as resoluções de camada típicas para máquinas slm?
R: As espessuras das camadas variam de 20 a 100 mícrons, sendo comum a espessura de 50 mícrons. Camadas mais finas melhoram o acabamento da superfície, mas também aumentam o tempo de construção.
P: Qual o tamanho da peça que pode ser feita com o slm?
R: Os sistemas de desktop suportam construções de até 100-150 mm, enquanto as máquinas slm industriais permitem envelopes de construção de 500 mm ou mais.
P: Quais processos são necessários após a impressão slm?
R: As etapas de pós-processamento incluem remoção de suporte, jateamento de mídia, recozimento, usinagem, polimento e aplicação de tratamentos de superfície.
P: Que tipos de precisão e acabamentos de superfície são obtidos?
R: A precisão dimensional atinge ±0,1-0,2% com acabamentos de superfície em torno de 15 mícrons de rugosidade, dependendo dos parâmetros.
P: Quais são as precauções de segurança necessárias para a operação?
R: EPI adequado, incluindo respiradores, óculos de proteção, luvas e treinamento em manuseio de materiais perigosos. A ventilação adequada e o manuseio seguro do pó são essenciais.
P: Qual é a manutenção necessária para as máquinas slm?
R: A manutenção regular inclui limpeza da óptica/laser, troca de filtros, descarte de pó, lubrificação, calibrações, atualizações de firmware e muito mais.
P: Quanto tempo leva para configurar um trabalho de construção em uma máquina slm?
R: Com modelos CAD preparados, orientação de peças, definição de parâmetros e tempos de corte, o início de uma construção pode variar de 30 minutos a algumas horas.
Conclusão
O slm oferece recursos transformadores para a produção de peças metálicas densas e de alto desempenho. A compreensão dos diferentes tipos de equipamentos, princípios de funcionamento, especificações, aplicações e vantagens permite que a tecnologia seja aproveitada de forma eficaz. Com os avanços contínuos em máquinas, materiais, software e controle de processos, o slm promete se tornar ainda mais competitivo em relação à fabricação convencional.