Laserové nanášení kovů (LMD) je špičková technologie, která přináší revoluci ve výrobním a opravárenském průmyslu. Představte si, že byste mohli pomocí laseru vyrábět nebo opravovat kovové díly s naprostou přesností, vrstvu po vrstvě. Zní to futuristicky, že? No, není to jen budoucnost; děje se to právě teď. Pojďme se do této fascinující technologie ponořit.
Přehled laserového nanášení kovů (LMD)
Laserové nanášení kovů (LMD), známé také jako přímé nanášení kovů (DMD), je aditivní výrobní proces, který využívá vysoce výkonný laser k tavení kovového prášku nebo drátu, který se nanáší na substrát. Tato technologie je klíčová při vytváření složitých geometrií, opravách vysoce hodnotných součástí a přidávání prvků do stávajících dílů.
Klíčové údaje:
- Proces: Laserový paprsek vytváří na podkladu taveninu, do které se přivádí kovový prášek nebo drát a při tuhnutí vytváří vrstvu.
- APLIKACE: Letecký a kosmický průmysl, automobilový průmysl, výroba lékařských implantátů a výroba nástrojů a lisování.
- Materiály: Různé kovy včetně titanu, nerezové oceli, kobalt-chromu a Inconelu.
- Výhody: Vysoká přesnost, minimální odpad a možnost opravy drahých součástí.
Typy kovových prášků pro laserové nanášení kovů
Běžné kovové prášky používané v LMD
| Kovový prášek | Kompozice | Vlastnosti | Charakteristiky |
|---|---|---|---|
| Inconel 625 | Nikl-chrom | Vysoká pevnost, odolnost proti korozi a oxidaci | Vynikající svařitelnost, použití v náročných podmínkách |
| Titan 6Al-4V | Titan-hliník-vanad | Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, odolnost proti korozi | Lehké, biokompatibilní, používané v letectví a kosmonautice. |
| Nerezová ocel 316L | Železo-chrom-nikl | Vysoká odolnost proti korozi, dobrá tvařitelnost | Používá se v lékařských implantátech, námořních aplikacích |
| Kobalt-chrom | Kobalt-chrom-molybden | Vysoká odolnost proti opotřebení a korozi | Používá se v zubních a ortopedických implantátech. |
| Hliník AlSi10Mg | Hliník-křemík-hořčík | Lehké, dobré tepelné vlastnosti | Používá se v automobilovém a leteckém průmyslu |
| Měď | Čistá měď | Vynikající tepelná a elektrická vodivost | Používá se v elektrických součástkách, výměnících tepla |
| Nikl 718 | Nikl-chrom-železo | Vysoká pevnost, vynikající odolnost proti únavě a tečení | Používá se v plynových turbínách, leteckém průmyslu |
| Nástrojová ocel H13 | Železo-uhlík-chrom | Vysoká houževnatost, odolnost proti opotřebení | Používá se při výrobě nástrojů a zápustek |
| Maraging Steel | Železo-nikl-kobalt-molybden | Vysoká pevnost, dobrá houževnatost | Používá se v leteckém průmyslu, při výrobě nástrojů |
| Bronz CuSn10 | Měď-cín | Dobrá odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi | Používá se v uměleckých aplikacích, ložiskách strojů |
Podrobné popisy
- Inconel 625: Tato superslitina na bázi niklu a chromu je známá svými vynikajícími únavovými a tepelně únavovými vlastnostmi, odolností proti oxidaci a korozi. Běžně se používá v leteckém a námořním průmyslu díky své odolnosti v extrémních prostředích.
- Titan 6Al-4V: Tato slitina se skládá z titanu, hliníku a vanadu a nabízí vynikající poměr pevnosti a hmotnosti a odolnost proti korozi, díky čemuž je základem leteckého průmyslu a lékařských implantátů.
- Nerezová ocel 316L: Tato slitina železa, chromu a niklu je oblíbená pro svou odolnost proti korozi a dobrou tvarovatelnost, takže je ideální pro námořní a lékařské aplikace, kde je rozhodující trvanlivost.
- Kobalt-chrom: Kobalt-chrom je známý svou vysokou odolností proti opotřebení a korozi a díky své biokompatibilitě a pevnosti se hojně používá v zubních a ortopedických implantátech.
- Hliník AlSi10Mg: Tato lehká slitina má dobré tepelné vlastnosti a používá se v automobilovém a leteckém průmyslu, kde je důležité snížit hmotnost bez snížení pevnosti.
- Měď: Čistá měď se používá v aplikacích vyžadujících vynikající tepelnou a elektrickou vodivost, jako jsou elektrické součástky a výměníky tepla.
- Nikl 718: Díky své výjimečné pevnosti a odolnosti proti únavě a tečení se tato slitina niklu, chromu a železa běžně používá v plynových turbínách a v leteckém průmyslu.
- Nástrojová ocel H13: Nástrojová ocel H13 je proslulá svou vysokou houževnatostí a odolností proti opotřebení a je oblíbeným materiálem pro výrobu nástrojů a zápustek.
- Maraging Steel: Tato vysoce pevná a houževnatá slitina se používá v leteckém a nástrojářském průmyslu. Její složení zahrnuje železo, nikl, kobalt a molybden.
- Bronz CuSn10: Tato slitina mědi a cínu je známá svou odolností proti opotřebení a korozi a používá se v uměleckých aplikacích a ložiskách strojů.
Složení Laserové nanášení kovů (LMD)
Složení materiálů používaných v LMD je rozhodující pro dosažení požadovaných vlastností konečného výrobku. Zde je podrobný pohled:
Složení běžných kovových prášků LMD
| Kovový prášek | Primární prvky | Další prvky | Typická použití |
|---|---|---|---|
| Inconel 625 | Nikl, chrom | Molybden, niob | Letectví, námořní průmysl, chemické zpracování |
| Titan 6Al-4V | Titan, hliník | Vanadium | Letectví a kosmonautika, lékařské implantáty |
| Nerezová ocel 316L | Železo, chrom | Nikl, molybden | Zdravotnické prostředky, námořní aplikace |
| Kobalt-chrom | Kobalt, chrom | Molybden | Zubní a ortopedické implantáty |
| Hliník AlSi10Mg | Hliník, křemík | Hořčík | Automobilový a letecký průmysl |
| Měď | Měď | Kyslík | Elektrické komponenty, výměníky tepla |
| Nikl 718 | Nikl, chrom | Železo, molybden, niob | Plynové turbíny, letectví a kosmonautika |
| Nástrojová ocel H13 | Železo, uhlík | Chrom, molybden | Nástroje, výroba forem |
| Maraging Steel | Železo, nikl | Kobalt, molybden | Letectví a kosmonautika, nástroje |
| Bronz CuSn10 | Měď, cín | Zinek | Umělecké aplikace, ložiska strojů |
Vlastnosti a charakteristiky laserového nanášení kovů (LMD)
Klíčové vlastnosti
- Přesnost: LMD umožňuje přesnou kontrolu procesu nanášení, což vede k vysoké přesnosti při výrobě nebo opravě dílů.
- Efektivita materiálu: Vzniká minimum odpadu, protože se při procesu používá pouze potřebné množství materiálu.
- Všestrannost: Lze použít širokou škálu kovů, včetně superslitin a biokompatibilních materiálů.
- Mechanická pevnost: Součásti vyrobené pomocí LMD mají často mechanické vlastnosti, které odpovídají nebo převyšují vlastnosti tradičně vyráběných součástí.
Podrobná charakteristika
| Nemovitost | Popis |
|---|---|
| Rozměrová přesnost | Vysoká přesnost při vytváření složitých geometrií |
| Povrchová úprava | V závislosti na parametrech a následném zpracování se může měnit od hladké po drsnou. |
| Mikrostruktura | Obvykle jemnozrnné v důsledku rychlého tuhnutí |
| Hustota | Při optimálních parametrech lze dosáhnout téměř plné hustoty |
| Porozita | Je možné dosáhnout nízké pórovitosti, která je kritická pro mechanické vlastnosti. |
| Pevnost spoje | Silné metalurgické vazby mezi vrstvami a podkladem |
| Odolnost proti korozi | Záleží na materiálu; vysoká u slitin, jako je nerezová ocel a Inconel. |
| Tepelné vlastnosti | Dobrá tepelná vodivost pro kovy, jako je měď; nezbytné pro výměníky tepla. |
Aplikace Laserové nanášení kovů (LMD)
Technologie LMD je všestranná a nachází uplatnění v různých průmyslových odvětvích díky své schopnosti vyrábět vysoce kvalitní, složité díly a opravovat drahé komponenty.
Průmyslové aplikace
| Průmysl | APLIKACE |
|---|---|
| Letectví a kosmonautika | Součásti motorů, konstrukční díly, opravy lopatek turbín |
| Automotivní | Lehké komponenty, prototypy, opravy nástrojů |
| Medical | Zakázkové implantáty, zubní náhrady, ortopedické pomůcky |
| Nástroje a formy | Opravy forem a zápustek, výroba řezných nástrojů |
| Energie | Opravy turbín, výměníků tepla, součástí jaderných reaktorů |
| Obrana | Zbraňové komponenty, opravy a údržba kritických částí |
Případy použití
- Letectví a kosmonautika: Díky schopnosti opravovat a vyrábět složité součásti motorů je LMD neocenitelná. Například lopatky turbín, které pracují v extrémních podmínkách, lze opravovat s minimálními prostoji.
- Automotivní: LMD se používá k výrobě lehkých a vysoce pevných součástí, které zlepšují palivovou účinnost a výkon. Je také vynikající pro vytváření prototypů a opravárenských nástrojů.
- Medical: Zakázkové implantáty a zubní náhrady jsou vyráběny s přesností, která zajišťuje biokompatibilitu a řešení na míru pacientovi.
- Nástroje a formy: Opravy forem a zápustek pomocí LMD prodlužují jejich životnost a snižují výrobní náklady. Touto technologií se vyrábějí také vysoce přesné řezné nástroje.
Specifikace, velikosti, třídy a normy
Specifikace a normy pro kovové prášky LMD
| Kovový prášek | Specifikace | Velikosti (µm) | Třídy | Normy |
|---|---|---|---|---|
| Inconel 625 | ASTM B443, AMS 5599 | 15-45, 45-106 | UNS N06625 | ASTM, AMS, ISO |
| Titan 6Al-4V | ASTM F1472, AMS 4928 | 15-45, 45-106 | Stupeň 5 | ASTM, AMS, ISO |
| Nerezová ocel 316L | ASTM A240, AMS 5507 | 15-45, 45-106 | UNS S31603 | ASTM, AMS, ISO |
| Kobalt-chrom | ASTM F75, ISO 5832-4 | 15-45, 45-106 | Slitina CoCrMo | ASTM, ISO |
| Hliník AlSi10Mg | ASTM B209 | 15-45, 45-106 | AlSi10Mg | ASTM, ISO |
| Měď | ASTM B152 | 15-45, 45-106 | C11000 | ASTM, ISO |
| Nikl 718 | ASTM B637, AMS 5663 | 15-45, 45-106 | UNS N07718 | ASTM, AMS, ISO |
| Nástrojová ocel H13 | ASTM A681, DIN 1.2344 | 15-45, 45-106 | H13 | ASTM, DIN |
| Maraging Steel | ASTM A538 | 15-45, 45-106 | 18Ni(300) | ASTM, ISO |
| Bronz CuSn10 | ASTM B505 | 15-45, 45-106 | UNS C90500 | ASTM, ISO |
Dodavatelé a podrobnosti o cenách
| Dodavatel | Kovové prášky | Ceny (za kg) | Umístění | Kontakt |
|---|---|---|---|---|
| Höganäs | Inconel 625, titan 6Al-4V, nerezová ocel 316L | $200 – $400 | Švédsko | www.hoganas.com |
| LPW Technologie | Inconel 625, nikl 718, maraging ocel | $250 – $450 | Spojené království | www.lpwtechnology.com |
| Tesařská technologie | Nástrojová ocel H13, nerezová ocel 316L | $220 – $380 | USA | www.carpentertechnology.com |
| EOS GmbH | Kobalt-chrom, hliník AlSi10Mg | $300 – $500 | Německo | www.eos.info |
| AP&C | Titan 6Al-4V, Inconel 625 | $270 – $460 | Kanada | www.advancedpowders.com |
| Oerlikon Metco | Kobalt-chrom, nikl 718 | $280 – $470 | Švýcarsko | www.oerlikon.com/metco |
| Sandvik | Nerezová ocel 316L, nástrojová ocel H13 | $240 – $420 | Švédsko | www.materials.sandvik |
| Renishaw | Maraging Steel, hliník AlSi10Mg | $260 – $440 | Spojené království | www.renishaw.com |
| Arcam AB | Titan 6Al-4V, kobalt-chrom | $280 – $460 | Švédsko | www.arcam.com |
| GKN Hoeganaes | Inconel 625, nerezová ocel 316L | $230 – $410 | USA | www.gknpm.com |
Srovnání výhod a omezení
Výhody a omezení kovových prášků LMD
| Kovový prášek | Výhody | Omezení |
|---|---|---|
| Inconel 625 | Vynikající odolnost proti korozi a oxidaci, vysoká pevnost | Drahé, obtížně obrobitelné |
| Titan 6Al-4V | Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, biokompatibilní | Vysoké náklady, náročná práce |
| Nerezová ocel 316L | Vysoká odolnost proti korozi, dobrá tvařitelnost | Nižší pevnost ve srovnání s některými jinými slitinami |
| Kobalt-chrom | Vysoká odolnost proti opotřebení a korozi, biokompatibilní | Křehké, drahé |
| Hliník AlSi10Mg | Lehké, dobré tepelné vlastnosti | Nižší pevnost ve srovnání s ocelovými slitinami |
| Měď | Vynikající tepelná a elektrická vodivost | Vysoká cena, náchylnost k oxidaci |
| Nikl 718 | Vysoká pevnost, vynikající odolnost proti únavě a tečení | Drahé, obtížně obrobitelné |
| Nástrojová ocel H13 | Vysoká houževnatost a odolnost proti opotřebení | Vyžaduje tepelné zpracování, nákladné |
| Maraging Steel | Vysoká pevnost, dobrá houževnatost | Drahé, vyžaduje ošetření proti stárnutí |
| Bronz CuSn10 | Dobrá odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi | Nižší pevnost ve srovnání s ocelí, náchylnost k odzinkování |
Parametry a prahové hodnoty
| Parametr | Prahová hodnota/rozsah | Popis |
|---|---|---|
| Laserový výkon | 200 - 1000 W | určuje příkon energie pro tavení prášku. |
| Rychlost skenování | 200 - 1000 mm/s | Ovlivňuje rychlost nanášení a kvalitu vrstvy |
| Rychlost podávání prášku | 1 - 10 g/min | Řídí množství prášku dodávaného do bazénu taveniny. |
| Tloušťka vrstvy | 20 - 100 µm | Ovlivňuje rozlišení a kvalitu povrchu dílu |
| Stínicí plyn | Argon, dusík | Chrání taveninu před oxidací |
| Teplota substrátu | Pokojová teplota až 200 °C | Může ovlivnit kvalitu lepení a zbytková napětí. |
| Rozestupy mezi průlezy | 0,1 - 0,5 mm | Vzdálenost mezi sousedními laserovými stopami |
| Procento překrytí | 50 – 90% | Zajišťuje úplné pokrytí a spojení mezi vrstvami |
| Rychlost chlazení | 10^2 - 10^6 °C/s | Ovlivňuje mikrostrukturu a mechanické vlastnosti |
Často kladené otázky (FAQ)
| Otázka | Odpověď |
|---|---|
| Co je laserové nanášení kovů (LMD)? | LMD je aditivní výrobní proces, který využívá laser k tavení kovového prášku nebo drátu, který se nanáší na substrát. |
| Jaké materiály lze použít v LMD? | Různé kovy včetně Inconelu, titanových slitin, nerezové oceli, kobalt-chromu, hliníku, mědi a dalších. |
| Jaká odvětví používají LMD? | Letecký, automobilový, lékařský, nástrojový a lisovací průmysl, energetika a obranný průmysl. |
| Jaké jsou výhody LMD? | Vysoká přesnost, minimální odpad, možnost oprav drahých součástí a všestrannost materiálů. |
| Jak si LMD vede ve srovnání s tradiční výrobou? | V porovnání s tradičními metodami nabízí LMD vyšší přesnost, menší množství odpadu a možnost vytvářet složité geometrie. |
| Jaká jsou omezení LMD? | Vysoké počáteční náklady, pomalejší rychlost výstavby ve srovnání s některými tradičními metodami a omezení velikostí stavební plochy. |
| Jaká je typická tloušťka vrstvy v LMD? | Typická tloušťka vrstvy se pohybuje od 20 do 100 mikrometrů. |
| Lze LMD použít k opravě dílů? | Ano, LMD je velmi účinná při opravách vysoce hodnotných součástí, prodlužuje jejich životnost a snižuje náklady. |
| Jaké jsou klíčové parametry procesu LMD? | Mezi klíčové parametry patří výkon laseru, rychlost skenování, rychlost posuvu prášku, tloušťka vrstvy a stínicí plyn. |
| Jak je zajištěna kvalita dílů LMD? | Kvalitu zajišťuje přesná kontrola procesních parametrů, správný výběr materiálu a techniky následného zpracování. |
O společnosti 3DP mETAL
Kategorie produktu
KONTAKTUJTE NÁS
Máte otázky? Pošlete nám zprávu ještě dnes! Po přijetí vaší zprávy zpracujeme vaši žádost s celým týmem.