Станок с ЧПУ или SLM? Сравниваем технологии для создания сложных каналов и тонкостенных деталей

Ограничения станков с ЧПУ

При изготовлении внутренних каналов и тонких стенок возможности станков с ЧПУ ограничиваются главным образом доступом инструмента, его жесткостью и требованиями к технологичности детали.

Поскольку сверло или фреза должны физически попасть в место обработки, то невозможно изготовить полностью закрытый внутренний канал без последующей сборки компонентов.

Рассмотрим, например, гидравлический коллектор с внутренними каналами для жидкости, образующими повороты на 90 градусов, или теплообменник с змеевидными каналами охлаждения. При обработке на станках с ЧПУ эти детали потребовали бы изготовления в виде отдельных компонентов с последующим соединением их сваркой или пайкой. На SLM-принтере их можно изготовить за один цикл как монолитную конструкцию.

Преимущества SLM

Технология SLM (Selective Laser Melting) использует мощные лазеры для послойного селективного расплавления металлического порошка, что позволяет создавать закрытые внутренние каналы, сотовые структуры и стенки толщиной всего 0,1 мм с плотностью материала до 99%.

• Не требуется доступ инструмента к внутренним поверхностям.
• Каналы охлаждения, подачи жидкости или газа можно встроить непосредственно в деталь.
• Исключается необходимость сборки нескольких компонентов в единый узел.

• Внутренние полости и каналы позволяют уменьшить вес изделия без существенной потери прочности.
• Тонкие стенки можно сочетать с ячеистыми и топологически оптимизированными структурами для получения высокой удельной прочности.
• Тонкостенные оболочки и внутренние перегородки изготавливаются за один цикл, без сварки и сборки.

Ученые снизили массу авиационного насоса на 38% благодаря 3D-печати металлом >>

Реальный пример

В недавнем исследовании инженеры перепроектировали традиционный теплообменник, используя SLM-печать.

В обновленном теплообменнике были использованы гироидальные решетчатые структуры с толщиной стенок всего 0,3 мм, что позволило снизить вес на 45% по сравнению с аналогом, изготовленным на станке с ЧПУ.

При этом теплопроизводительность составила 90% от показателя обычного медного теплообменника

Когда SLM выгоднее?

При мелкосерийном производстве сложных компонентов, таких как коллекторы управления потоками жидкости в автомобилях, технология SLM демонстрирует экономию затрат до 60% по сравнению с традиционным производством.

Себестоимость титановых кронштейнов для аэрокосмической отрасли, изготовленных методом SLM, составляет приблизительно 220$/кг против 550$/кг при обработке на станках с ЧПУ.

3D-принтеры по металлу: производители, возможности, применение >>