Seçici lazer sinterleme (SLS), küçük plastik, metal, seramik veya cam toz parçacıklarını 3D bir nesneye kaynaştırmak için lazer kullanan bir eklemeli üretim tekniğidir. SLS metal tozları Doğru özelliklere sahip metal parçalar, bu proses aracılığıyla karmaşık geometrilere sahip yüksek kaliteli metal parçaların üretilmesi için kritik öneme sahiptir.
SLS Metal Tozlarına Genel Bakış
SLS metal tozları, metal parçalar ve prototipler üretmek için seçici lazer sinterleme 3D yazıcılarında kullanılmak üzere optimize edilmiş metalik tozları ifade eder. En yaygın kullanılan SLS metal tozları şunlardır:
SLS Metal Tozu Çeşitleri
| Tip | Kompozisyon | Temel Özellikler |
|---|---|---|
| Paslanmaz çelik | Fe, Cr, Ni alaşımları | Korozyon direnci, yüksek mukavemet |
| Takım çeliği | Fe, Cr, Mo alaşımları | Yüksek sertlik, ısıl işlem uygulanabilir |
| Alaşımlı çelik | Fe, Cr, Ni alaşımları | Isıl işlem uygulanabilir, işlenebilir |
| Kobalt-krom | Co, Cr alaşımları | Biyouyumlu, aşınmaya/korozyona dayanıklı |
| Titanyum ve alaşımları | Ti, Al, V alaşımları | Hafif, biyouyumlu, güçlü |
| Inconel | Ni, Cr alaşımları | Isıya/korozyona dayanıklı |
| Alüminyum alaşımlar | Al, Cu, Mg alaşımları | Hafif, güçlü |
Bu metal tozları, doğruluk, hassasiyet ve istenen mekanik özelliklere sahip yüksek yoğunluklu SLS parçaları üretmek için akışkanlık, partikül şekli ve boyut dağılımı gibi özelliklere sahip olmalıdır.
SLS Metal Tozlarının Temel Özellikleri
| Parametre | Açıklama | Gereksinimler |
|---|---|---|
| Boyut aralığı | Toz partikül boyutları | 10-45 mikron yaygın |
| Boyut dağılımı | Toz boyutları aralığı | Bazı uydulara izin verilmekle birlikte çoğunlukla küresel |
| Morfoloji | Toz parçacık şekli | Küresel idealdir, uydular kusurlara neden olabilir |
| Akış hızı | Toz akışkanlığı | Hall akış ölçerden 35-40 s/50g |
| Görünür yoğunluk | Toz paketleme yoğunluğu | Yaklaşık 60% gerçek yoğunluk |
| Gerçek yoğunluk | Malzeme yoğunluğu | Bileşime göre değişir |
| Yüzey alanı | Birim kütle başına parçacık yüzey alanı | Oksidasyonu azaltmak için daha düşük olması daha iyidir |
| Artık gazlar ve nem | Toz ile birlikte bulunan safsızlıklar | Yüksek kaliteli parçalar için minimize edilmiştir |
SLS Metal Tozu Özellikleri
| Karakteristik | SLS Sürecindeki Rolü |
|---|---|
| Parçacık şekli ve yüzey dokusu | Her yeni katmana toz akışını, lazer emilimini, yansıtıcılığı etkiler |
| Parçacık boyutu dağılımı | Paketleme yoğunluğunu, eriyik havuzu dinamiklerini, yayılabilirliği etkiler |
| Akış özellikleri | Düzgün yayılabilirlik, katman tutarlılığı sağlar |
| Görünür yoğunluk | Parçacıklar arasındaki boşluğu, gerekli enerji girdisini kontrol eder |
| Gerçek yoğunluk | Ulaşılabilecek nihai maksimum parça yoğunluğunu belirler |
| Alaşım ilaveleri | Mukavemet, sertlik vb. gibi belirli malzeme özelliklerini etkinleştirir. |
Uygulamaları SLS Metal Tozları
SLS metal tozu, prototipleme, kalıplama ve kısa süreli üretim ihtiyaçlarına hizmet eden tam yoğunluklu fonksiyonel metal parçaların basılmasını sağlar:
SLS Baskılı Metal Parçaların Endüstri Uygulamaları
| Endüstri | Uygulamalar | Kullanılan Yaygın Malzemeler |
|---|---|---|
| Havacılık ve Uzay | Türbin kanatları, motor/yapısal bileşenler | Paslanmaz çelikler, süper alaşımlar, titanyum alaşımları |
| Otomotiv | Prototip parçalar, özel takımlar | Paslanmaz çelikler, takım çelikleri, alüminyum alaşımları |
| Tıbbi implantlar | Hastaya özel implantlar, kılavuzlar | Kobalt krom, titanyum alaşımları, paslanmaz çelik |
| Endüstriyel | Hassas takımlar, robot tutucular | Paslanmaz çelikler, takım çelikleri |
| Takı | Yüzükler, zincirler, özel parçalar | Altın alaşımları, gümüş gibi değerli metaller |
Geleneksel üretim yollarına kıyasla bazı benzersiz avantajlar:
Metal Parça Üretimi için SLS'nin Avantajları
| Fayda | Açıklama |
|---|---|
| Geometri özgürlüğü | Eksiltici/döküm yöntemlerinin aksine parça geometrisi kısıtlaması yoktur |
| Hızlı geri dönüş | CAD verilerinden hızlı baskı |
| Hafif ağırlık | Kafes yapılar ağırlığı >30% oranında azaltır |
| Parça konsolidasyonu | Eklemlerin yerini entegre baskılı tertibatlar alıyor |
| Kitlesel özelleştirme | Hastaya özel tıbbi cihazlar |
| Hibrit yapılar | Metal ve polimer çok malzemeli parçalar mümkün |
Sektörler arasında yaygın SLS baskılı metal parça uygulamaları:
SLS Baskılı Metal Parçaların Tipik Uygulamaları
| Uygulama | Örnekler | Kullanılan Malzemeler |
|---|---|---|
| İşlevsel prototipler | Motor bileşenleri, implantlar | Alaşımlı çelikler, Ti alaşımları |
| Araçlar | Matkap kılavuzları, fikstürler, jigler | Paslanmaz çelikler |
| Kalıp takımları | Enjeksiyon kalıplama takımları | H13 gibi takım çelikleri |
| Seri üretim | Havacılık/tıbbi bileşenler | Ti ve Ni alaşımları, CoCr |
| Hafif yapılar | Kafes paneller, destekler | Al alaşımları, Ti alaşımları |
SLS Metal Tozu Özellikleri
EOS, 3D Systems ve Renishaw gibi SLS sistemi üreticileri, yazıcı modellerine göre uyarlanmış nitelikli SLS metal tozu özellikleri sağlar. Bazı yaygın metal tozları ve boyutları şunlardır:
SLS Metal Tozu Türleri ve Boyut Aralıkları
| Malzeme | Mevcut Toz Çeşitleri | Partikül Boyut Aralığı |
|---|---|---|
| Paslanmaz çelik | 316L, 17-4PH, 303, 410 | 15-45 mikron |
| Maraging çelik | MS1, 18Ni300, 18Ni350 | 15-45 mikron |
| Kobalt krom | CoCr, CoCrMo | 15-45 mikron |
| Alüminyum alaşım | AlSi10Mg, AlSi12 | 15-45 mikron |
| Titanyum alaşımı | Ti6Al4V Sınıf 5 | 15-45 mikron |
| Nikel alaşımı | Inconel 718, Inconel 625 | 15-45 mikron |
Standart kuruluşları, AM süreçlerinde kullanılan farklı metal tozu kaliteleri için sınıflandırmalar tanımlamıştır:
ISO/ASTM Standartlarına Göre Metal Tozu Kaliteleri
| Standart | Notlar | Açıklama |
|---|---|---|
| ISO 17296-2 | PA1 - PA6 | P1'den P6'ya kadar safsızlıklara ilişkin giderek daha katı gereklilikler tanımlar |
| ISO 17296-3 | PM1 - PM4 | PM1'den PM4'e kadar partikül şekli ve boyut parametrelerini tanımlar |
| ASTM F3049 | Sınıf 1 - Sınıf 4 | 1'den 4'e kadar kompozisyon aralıklarında izin verilen sınırları tanımlar |
| ASTM F3056 | Tip 1'den Tip 3'e | 1'den 3'e kadar istatistiksel boyut dağılımı parametrelerini tanımlar |
Bu sınıflandırma planları, kalite seviyelerinin belirlenmesine yardımcı olur ve alıcılara tedarikte yardımcı olur. Yüksek saflıkta PA5 sınıfı toz minimum kontaminasyon sağlayacaktır. Benzer şekilde Sınıf 4 daha sıkı kimya kontrolü değişkenliği azaltır.
SLS Metal Tozu Tedarikçiler
Çeşitli satıcılar dünya çapında kullanıma hazır SLS tozları tedarik etmektedir. Bazı önde gelen küresel tedarikçiler şunlardır:
Önemli SLS Metal Tozu Tedarikçileri
| Tedarikçi | Sunulan Malzemeler | Hizmet Verilen Coğrafyalar |
|---|---|---|
| Sandvik | Paslanmaz çelik, Ni alaşımları, CoCr, takım çeliği, alüminyum alaşımları | Avrupa, Asya |
| Praxair | Ti alaşımları, Ni alaşımları, paslanmaz, takım çelikleri | Kuzey Amerika |
| LPW Teknoloji | Paslanmaz çelik, alüminyum alaşımları, CoCr | Birleşik Krallık, Avrupa |
| Marangoz Katkısı | Paslanmaz çelikler, CoCr, Cu, alüminyum alaşımları | Küresel |
| Hoganas | Paslanmaz çelikler, takım çelikleri | Avrupa, Asya |
Olağan tedarik minimumları malzeme sınıfı başına yaklaşık 10 kg'dır, ancak OEM alıcıları için büyük hacimli sözleşmeler de mevcuttur. Paketleme seçenekleri vakumlu teneke kutulardan her biri 700 g ila 1 kg toz içeren özel SLS makine kartuşlarına kadar değişmektedir.
SLS Metal Tozu Ambalaj Çeşitleri
| Tip | Hacim Aralıkları | Özellikler |
|---|---|---|
| Vakum kutuları | 500g ila 20kg'lık partiler | Raf ömrü 1 yıla kadar |
| Yazıcı kartuşları | 700 ila 1000 gr'lık partiler | En aza indirilmiş elleçleme maruziyeti |
| Malzeme kuleleri | 700 ila 1200 g kartuşlar | Yazıcıya otomatik besleme |
Küçük miktarlardaki yaygın malzemeler için fiyat aralıkları şunlardır:
SLS Baskı için Metal Tozu Maliyet Aralıkları
| Malzeme | Küçük Miktar Fiyat Aralığı* |
|---|---|
| Paslanmaz çelik 316L | $60-$100 kg başına |
| Alüminyum AlSi10Mg | $80-$130 kg başına |
| Maraging çelik | $90-$140 kg başına |
| Titanyum Ti6Al4V | $200-$350 kg başına |
| Kobalt krom | $300-$500 kg başına |
| Değerli metaller | Kg başına $3000+ |
SLS Metal Toz Malzemelerinin Karşılaştırılması
SLS baskı için her biri kendi özelliklerine ve ödünleşimlerine sahip çeşitli metal alaşımları kullanılır:
SLS Metal Tozu Malzemeleri Karşılaştırması
| Parametre | Paslanmaz Çelikler | Takım Çelikleri | Titanyum Alaşımları | Nikel Alaşımları | Kobalt Krom | Alüminyum Alaşımları |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Yoğunluk | Orta | Daha yüksek | Daha düşük | Yüksek | Yüksek | En düşük |
| Güç | Orta | En yüksek | Orta-Yüksek | Orta-Yüksek | Orta | Orta |
| Sertlik | Daha düşük | Çok yüksek | Orta | Orta | Daha yüksek | Düşük-Orta |
| Korozyon Direnci | Mükemmel | Orta | Mükemmel | Mükemmel | Mükemmel | Orta-İyi |
| Biyo-uyumluluk | İyi | Sınırlı | Mükemmel | Sınırlı | Mükemmel | İyi |
| Isı Direnci | Orta | Orta-Yüksek | Orta | Çok Yüksek | Çok Yüksek | Daha düşük |
| Maliyet | En düşük | Orta | Yüksek | Çok Yüksek | Yüksek | Düşük |
Maliyet söz konusu olduğunda paslanmaz çeliklerin en iyi kombinasyonel özellikleri sunduğunu, takım çeliklerinin ise aşırı sertlik sağladığını görebiliyoruz. Titanyum, düşük yoğunluk ile biyouyumluluk ve güç sağlar. Inconel ve CoCr gibi süper alaşımlar termal stabilite ve biyouyumluluk sunar. Alüminyum alaşımları en uygun maliyetli hafif seçenektir.
Yaygın SLS Metal Tozlarının Artıları ve Eksileri
| Malzeme | Avantajlar | Dezavantajlar |
|---|---|---|
| Paslanmaz çelikler | Uygun maliyetli, kolay işlenebilir | Daha düşük sertlik ve mukavemet |
| Takım çelikleri | Son derece sert ve ısıl işlem uygulanabilir | Daha az korozyon direnci, biyouyumluluk |
| Titanyum alaşımları | Güçlü, hafif, biyo-dostu | Pahalıdır, oksijenli ortamda yanabilir |
| Nikel alaşımları | Mükemmel ısı/korozyon direnci | Ağır, zehirli, çok pahalı |
| Kobalt krom | Biyouyumlu, korozyona dayanıklı | Ağır, orta maliyetli |
| Alüminyum alaşımlar | Hafif, iyi mukavemet | Düşük erime noktası, sertlik |
SLS Metal Tozu Seçimi için Müşteri Kriterleri
| Seçim Kriterleri | Anahtar Sorular |
|---|---|
| Mekanik özellikler | Hedef uygulama mukavemetini, aşınma direncini ve diğer mekanik özellikleri karşılıyor mu? |
| Malzeme maliyeti | İstenen metal tozu tipi uygulama bütçesine uygun mu? |
| İşlem sonrası | Sıcak İzostatik Presleme veya ısıl işlem gibi ikincil işlemler gerekli mi? |
| Üretim çalışma boyutu | Hedef hacim, üretim SLS baskısı için çok mu yüksek? |
| Parça boyut ölçüleri | Maksimum yazıcı üretim hacmi en büyük parça geometrileri için yeterli mi? |
| Çözünürlük, yüzey kalitesi | SLS süreci ince özellik-detay ve yüzey kalitesi gereksinimlerini karşılayabilir mi? |
| Teslimat süresi | Üretim zaman çizelgesi dikkate alındığında tedarikçi teslim süresi kabul edilebilir mi? |
Son parça uygulaması, performans ihtiyaçlarını ve ekonomiyi dengeleyen optimum malzeme seçimine rehberlik eder.
SLS Metal Baskı Sürecine Genel Bakış
SLS 3D baskıyı anlamak, toz özelliklerinin parça kalitesini nasıl etkilediğini anlamaya yardımcı olur:
SLS 3D Baskı Süreci Aşamaları
| Sahne | Açıklama |
|---|---|
| 3D Modelleme | CAD yazılımı yazdırılacak parçanın katı/mesh modelini oluşturur |
| Dilimleme | Yazıcı dosyası oluşturmak için model dijital olarak katmanlara ayrılır |
| Toz serpme | Merdane veya bıçak, yapı platformu üzerine ince bir toz tabakası yayar |
| Lazer tarama | CO2 lazer, partikülleri birlikte eritmek için toz yatağı üzerinde tarama yapar |
| İndirme platformu | Yapı platformu 1 katman kalınlığı kadar alçalır (~50 mikron) |
| Tekrar yayma/eritme | Nesnenin tamamı katman katman oluşturulana kadar adımlar tekrarlanır |
| İşlem sonrası | Fazla toz temizlenir, parçayı bitirmek için son işlemler yapılır |
Toz Özellikleri Baskı Sonuçlarını Nasıl Etkiler?
| Toz Mülkiyet | Baskı Kalitesi Üzerindeki Etkisi |
|---|---|
| Toz geometrisi | İyi akışa sahip küresel partiküller, hatasız tek tip katmanlar sağlar |
| Parçacık boyutu aralığı | Çok ince tozlar zayıf akışa sahiptir, çok büyük tozlar zayıf çözünürlük oluşturur |
| Boyut dağılımı | Çok geniş bir dağılım ayrıştırabilir veya değişken erime yaratabilir |
| Görünür yoğunluk | Daha yüksek yoğunluk, sinterleme sonrası daha yüksek nihai parça yoğunluğu sağlar |
| Gerçek yoğunluk | Ulaşılabilir parça yoğunluğuna üst sınır koyar |
| Yüzey dokusu | Pürüzlü partiküller gazları hapsedebilir veya toz akışını engelleyebilir |
Çeşitli toz fiziksel özelliklerinin baskı sonuçlarını doğrudan etkilediğini görebiliyoruz, bu nedenle tedarikçilerin sıkı kontrolü çok önemli.
SLS Baskılı Metal Parçaların Sonradan İşlenmesi
SLS baskı işleminden sonra, ek son işlem adımları nihai parça özelliklerini iyileştirmeye yardımcı olur:
Yaygın SLS Parça Son İşlem Adımları
| Süreç | Açıklama | Avantajlar |
|---|---|---|
| Toz giderme | Fazla toz fırçalanır/püskürtülür | Basılı nesneyi ortaya çıkarır |
| Stres giderici | Artık gerilmeleri gidermek için ısıtma | Boyutsal doğruluğu artırır |
| Yüzey bitirme | Zımparalama, parlatma, boncuk püskürtme | Yüzeyi pürüzsüzleştirir, kaplamanın yapışmasına yardımcı olur |
| Sızma | Sıvı artık gözenekliliği doldurur | Yoğunluğu daha da artırır, mukavemeti geliştirir |
| Isıl işlem | Sertleştirme ve temperleme termal döngüleri | Çeliklerde sertliği artırır |
Parça Özellikleri Üzerinde İşlem Sonrası Etkiler
| Mülkiyet | İşlem Sonrası Etki |
|---|---|
| Yoğunluk | Epoksi veya bronz ile infiltrasyon gözenekleri doldurarak yoğunluğu artırır 5-15% |
| Yüzey pürüzlülüğü | Manuel/otomatik parlatma ile 2 mikronun altında pürüzlülük elde edilebilir |
| Boyutsal doğruluk | Gerilim giderici ısı döngüsü çarpılmayı azaltarak hassasiyeti artırır |
| Çekme mukavemeti | İnfiltrasyon UTS'yi artırırken ısıl işlem akma dayanımını iki katına çıkarabilir |
| Süneklik | Tedavi sonrası güç artışı ile değiş tokuş |
| Sertlik | 17-4PH gibi çökelme ile sertleştirilebilen alaşımlar yaşlandırma işlemlerine iyi yanıt verir |
Böylece işlem sonrası, metal özelliklerinin uygulama ihtiyaçlarına göre daha fazla uyarlanmasına olanak tanır.
SLS Metal Baskı Kalite Kontrolü
SLS süreci izleme ile birlikte tutarlı yüksek kaliteli toz hammadde, güvenilir parçalar sağlar:
Kalite Kontrol için SLS Metal Tozu
| Parametre | Tipik Özellikler | Test Yöntemleri |
|---|---|---|
| Parçacık boyutu dağılımı | Salon akış hızı > 35s/50g | Eleme, lazer kırınımı |
| Görünür yoğunluk | 65-80% gerçek yoğunluk | Gravimetrik ölçüm |
| Toz bileşimi | ISO 27296'ya göre alaşımlama aralıkları | X-Işını floresanı |
| Yüzey morfolojisi | Medyan dairesellik > 0,75 | Mikrograflar, görüntü analizi |
| Kirlenme | < 50 ppm oksijen, < 150 ppm azot | İnert gaz füzyon analizi |
SLS Baskı için Proses İçi İzleme
| Metrik | Kullanılan Sensör | Amaç |
|---|---|---|
| Lazer gücü | Dahili fotodiyot | Füzyon tutarlılığını korur |
| Toz yatağı sıcaklığı | IR sensörü | Parça bütünlüğü sağlar, eğilme olmaz |
| Atmosfer | Oksijen analizörü | Yapı haznesinde barutun tutuşmasını önler |
| Katman kalınlığı | Z ekseni kodlayıcı | Hassas tekrarlanabilir katmanlar |
Girdi tozu ve proses ayarları üzerindeki bu sıkı kontrol, her üretim çalışmasından yüksek kaliteli metal parçalar elde edilmesini sağlar.
Alternatiflerle Karşılaştırıldığında SLS Metal Baskı
SLS'ye diğer metal 3D baskı alternatifleri şunlardır:
Metal 3D Baskı Yöntemlerinin Karşılaştırılması
| Metrik | Binder Jetting | DMLS | SLM | EBM |
|---|---|---|---|---|
| Hammadde | Metal/polimer karışımı toz | Metal tozu | Metal tozu | Metal tel/toz |
| Enerji kaynağı | Sıvı bağlayıcı | Fiber lazer | Güçlü Yb fiber lazer | Elektron ışını |
| Yapı hızı | Orta düzeyde, lazer yöntemlerinden daha hızlı | Nokta nokta tarama nedeniyle yavaş | Çok hızlı, tam erime gerçekleşir | En hızlı yöntem |
| Çözünürlük, yüzey kalitesi | Bağlayıcı nedeniyle daha zayıf, işlem sonrası yardımcı olur | İnce lazer noktası sayesinde çok iyi | Tam erime nedeniyle mükemmel | Kısmi erime nedeniyle orta düzeyde |
| Boyutsal doğruluk | CTQ süreci ile +/- 0,3% | +/- 0.1-0.2% | +/- 0.1-0.2% | +/- 0.2-0.3% |
| İşlem sonrası | Kürleme, sinterleme her ikisi de gerekli | Yalnızca kaldırma desteği | Bazı işlemlere ihtiyaç duyulabilir | Çoğu ikincil çalışma gerekli |
| Parça başına maliyet | Düşük malzeme maliyeti fiyatın düşmesine yardımcı olur | Çok daha yüksek işletme maliyeti | Yüksek ekipman, malzeme maliyeti | Yüksek ekipman maliyeti |
Tüm yöntemler arasında bağlayıcı püskürtme, 10.000 birime kadar düşük hacimlerde metal parça üretimi için en uygun maliyetli yöntem olarak ortaya çıkmıştır. SLS, iyi doğruluk ve yüzey kalitesi ile birlikte en kolay son işlemeyi sağlar.
SSS
SLS metal baskıyı hangi sektörler kullanıyor?
SLS metal baskı, havacılık, otomotiv, tıp ve hassas metal parçaların gerekli olduğu diğer birçok sektörde kullanılmaktadır.
SLS metal baskının doğruluğu ve çözünürlüğü nedir?
Doğruluk ve çözünürlük makine, malzeme ve işlem parametreleri gibi çeşitli faktörlere bağlıdır, ancak SLS metal baskı yüksek hassasiyet seviyelerine ulaşabilir.
SLS metal baskılı parçalar için işlem sonrası gerekli mi?
Evet, destek yapılarını kaldırmak, yüzey kalitesini iyileştirmek ve uygulama için özel gereksinimleri karşılamak için işlem sonrası gerekli olabilir.
SLS metal baskının sınırlamaları nelerdir?
Bazı sınırlamalar arasında ekipman maliyeti, sınırlı boyuttaki yapı odaları ve lazer ve metal tozlarının kullanımı nedeniyle uygun güvenlik önlemlerine duyulan ihtiyaç yer almaktadır.
SLS metal baskı seri üretim için kullanılabilir mi?
Evet, SLS metal baskı hem prototipleme hem de düşük ila orta hacimli metal parça üretimi için kullanılabilir.
SLS metal baskı çevre dostu mu?
Geleneksel üretim yöntemlerine kıyasla malzeme israfını azaltabilirken, metal tozlarının bertarafı ve enerji tüketimi çevresel etkisi açısından dikkate alınması gereken faktörlerdir.
SLS metal baskı ile çalışırken herhangi bir güvenlik önlemi var mı?
Evet, metal tozları ile çalışırken güvenlik önlemleri alınmalı ve operatörler lazer tabanlı sistemlerle güvenli bir şekilde çalışmak üzere eğitilmelidir.
SLS metal baskı hizmetlerinin maliyeti nedir?
Maliyet, malzeme seçimi, parça karmaşıklığı ve miktarı gibi faktörlere bağlı olarak değişir. En iyisi, belirli projeler için hizmet sağlayıcılardan fiyat teklifi istemektir.
