Explorarea aplicării laserului cu fibră în imprimarea 3D metal
Procesul de fabricație aditivă (imprimare 3D) a materialelor metalice este la mare căutare în domeniile aviației, aerospațiale, navigației, vehiculelor, fabricarea matrițelor, echipamente medicale etc. În prezent, sursele de căldură utilizate în procesul de fabricație aditivă a metalelor includ trei fascicule de înaltă energie, și anume fascicul laser, fascicul de electroni și plasmă cu microfasci, precum și intrarea de căldură prin sinterizare. Dintre acestea, fasciculul laser este cea mai utilizată sursă de căldură cu fascicul de energie înaltă în domeniul producției de aditivi metalici. În comparație cu sursele de căldură cu fascicul de electroni și cu plasmă cu microfasci, fasciculul laser are avantajele unui punct fin, cost redus și poate fi direcționat către poziția specificată a materialului. Poate obține topirea instantanee a materialelor metalice și poate îndeplini cerințele de suprapunere a canalelor de topire și formarea pieselor.
Principiile de bază ale imprimării laser 3D
Laserele utilizate în imprimarea laser 3D includ lasere cu fibră, lasere semiconductoare, lasere Nd:YAG și lasere cu CO2. Materiale diferite absorb lasere de diferite lungimi de undă în mod diferit. De obicei, laserele CO2 sunt folosite pentru imprimarea polimerilor, în timp ce laserele cu fibre sunt folosite pentru imprimarea pulberilor metalice.
Conform diferitelor metode de procesare, fabricarea aditivelor cu laser poate fi împărțită în sinterizare selectivă cu laser, topire selectivă cu laser, sinterizare cu laser directă a metalelor, depunere laser de pulbere, depunere directă a metalului etc. Printre acestea, topirea selectivă cu laser (SLM) este una dintre cele mai importante. tehnologii de imprimare 3D cu laser metalice utilizate pe scară largă.
Structura de bază a dispozitivului de imprimare cu topire selectivă cu laser (SLM) este prezentată în figură. Înainte de imprimare, modelul 3D trebuie stratificat și apoi trebuie determinată traiectoria de scanare. Primul pas este să răzuiți uniform bancul de lucru cu o racletă și să întindeți un strat de pulbere pe acesta; al doilea pas este să scanezi o traiectorie specifică pe acest strat de pulbere cu un laser pentru a o topi și a imprima un strat; al treilea pas este deplasarea bancului de lucru în jos cu un strat, apoi repetați operația de mai sus pentru a stivui straturile de imprimare de jos în sus, formând astfel partea 3D de imprimat. Pentru a preveni oxidarea, camera de lucru trebuie evacuată și umplută cu gaz inert pe parcursul întregului proces.
Cererea de lasere în imprimarea laser 3D
Cererea de lasere în imprimarea laser 3D se reflectă în principal în două aspecte: pe de o parte, puterea și stabilitatea puterii și, pe de altă parte, calitatea fasciculului și dimensiunea spotului.
01 Putere și stabilitate de putere
Procesul de imprimare 3D se bazează în principal pe efectul termic al laserului. Intensitatea laserului trebuie să depășească un anumit prag de energie pentru a topi materialul. Prin urmare, acordă mai multă atenție puterii medii de ieșire a laserului și nu este sensibilă la modul de impuls al laserului. Prin urmare, se folosesc de obicei lasere cu fibră continuă, iar puterea este distribuită aproximativ între 100W și 1000W.
Cu cât modelul este mai mare și cu cât mai multe straturi, cu atât timpul de imprimare este mai lung. Durata este în general de la câteva ore la zeci de ore. Prin urmare, se impun cerințe ridicate pentru funcționarea stabilă pe termen lung a laserului. Dacă temperatura este prea ridicată, pulberea metalică poate fi supraarsă și chiar poate provoca topirea altor părți formate; dacă temperatura este prea scăzută, pulberea metalică nu este complet topită, forța de lipire este insuficientă și forma componentei formate poate să nu fie menținută. Prin urmare, stabilitatea puterii laserului este crucială pentru calitatea imprimării.
02 Calitatea fasciculului și dimensiunea spotului
Calitatea fasciculului și dimensiunea spotului sunt unul dintre parametrii cheie care reflectă acuratețea imprimării. Imprimarea 3D este formată prin scanarea cu fascicul laser. Cu cât spotul laser este mai mic, cu atât este mai mare precizia de scanare, cu atât rezoluția modelului imprimat este mai mare și suprafața piesei imprimate este mai delicată.
Calitatea fasciculului este de obicei caracterizată de BPP sau M2. Cu cât M2 este mai aproape de 1, cu atât este mai bună calitatea fasciculului, cu atât energia laserului este mai concentrată și efectul căldurii este mai mic asupra zonei înconjurătoare; în același timp, cu cât calitatea fasciculului este mai bună, cu atât unghiul de divergență corespunzător este mai mic și spotul focalizat va fi mai mic.
03 Explorarea GW Laser Tech și FASTFORM în domeniul imprimării 3D
GW Laser Tech, în calitate de lider mondial în lasere cu fibră de înaltă luminozitate, a explorat, de asemenea, în mod activ acest domeniu de aplicație odată cu ascensiunea tehnologiei de imprimare 3D și a lansat un laser cu fibră continuă monomod 10μm/14μm de 500 W pentru aplicații de imprimare 3D, care vizează mediul medical. dispozitive, piese auto, industria aerospațială și alte domenii.
Printre acestea, diferitele diametre ale miezului de 10μm și 14μm determină dimensiunea spotului, care afectează în principal densitatea puterii laserului, adică cantitatea de energie luminoasă pe unitate de suprafață. În aceleași condiții de putere, cu cât dimensiunea spotului este mai mică, cu atât densitatea puterii laserului este mai mare. Spoturile cu densitate mare sunt potrivite pentru imprimarea pulberilor metalice cu puncte de topire ridicate sau reflexii mari.
Avantajele produsului:
➢ Design ultra-subțire și ușor, design cu înălțime de 19 inchi 1,5U, greutate
➢ Structura produsului adoptă un design închis, care vizează mediul de imprimare 3D, îmbunătățind considerabil fiabilitatea generală a laserului, nivelul de protecție IP65 și poate funcționa continuu în medii dure, cum ar fi temperatură ridicată, umiditate ridicată și praf ridicat.
➢ Puterea maximă este de 500W, ceea ce este suficient pentru a forma materiale metalice obișnuite precum oțel inoxidabil austenitic, oțel inoxidabil martensitic, aliaj de titan, aliaj de temperatură ridicată pe bază de nichel, aliaj de aluminiu, aliaj de magneziu etc.
➢ Stabilitate bună a puterii, fluctuație pe oră
➢ Calitate bună a fasciculului, M2
FASTFORM (FastForm) este o companie specializată în cercetarea și dezvoltarea tehnologiei și echipamentelor de imprimare 3D și poate oferi servicii de prototipare rapidă de top și soluții de asistență. Am stabilit o cooperare aprofundată cu Guanghui Laser și vom desfășura experimente de imprimare 3D și cercetări pe piese cheie în domeniile aerospațial, modele de automobile, biomedicină etc. Am lansat produse FF-M140 cu un singur laser, FF-M150 modele specifice pentru predare, FF-M180D modele cu laser dublu specifice stomatologice, FF-M300H 1000W modele industriale cu laser de mare putere, FF-M500 modele cu laser dublu și FF-M800 patru produse laser și toate au fost produse în serie și suportă soluții de localizare personalizate. Am dezvoltat independent FastLayer, un software multi-laser de tăiere și generare de căi. Echipamentul este complet automat și nesupravegheat.
Acest produs are următoarele avantaje semnificative:
➢ Tehnologie bidirecțională și cu viteză variabilă de împrăștiere a pulberii, rată mare de utilizare a pulberii.
➢ Software dezvoltat independent pentru a finaliza tăierea automată și planificarea traseului cu un singur clic.
➢ Vine cu propria sa cameră, care poate realiza control complet automat și operare nesupravegheată de la distanță.
➢ Echipamentul adoptă o structură de sudare integrată, care este foarte stabilă și ușor de instalat.
Starea actuală și perspectivele de dezvoltare ale industriei imprimării 3D
În prezent, imprimarea 3D a intrat în era prototipării rapide. Potrivit statisticilor Institutului de Cercetare a Industriei de Afaceri din China, industria de mașini reprezintă cea mai mare proporție din domeniile de aplicare din aval în 2021, ajungând la 17,5%, urmată de electronice de larg consum (16,6%) și automobile (16,1%). Odată cu dezvoltarea rapidă a electronicelor de larg consum și a industriei auto, domeniile de aplicare ale imprimării 3D în aceste două domenii vor fi extinse în continuare în viitor.
În ceea ce privește scara industriei, conform prognozei China Investment Network: rata medie anuală de creștere compusă a imprimării 3D din 2021 până în 2025 va fi de aproximativ 26,59% și va ajunge la 70,1 miliarde de yuani în 2025.
Imprimarea 3D acoperă trei aspecte: echipamente, materiale și servicii, printre care echipamentele de imprimare dețin cea mai mare pondere. Potrivit datelor publicate de CCID, amploarea industriei echipamentelor de imprimare 3D din China în 2020 a fost de 9,254 miliarde de yuani, reprezentând cea mai mare proporție.
În prezent, prețul echipamentelor de imprimare 3D este încă relativ ridicat. Pe de o parte, se datorează brevetelor și monopolurilor străine. Pe de altă parte, pentru că industria 3D a țării mele a început târziu, cererea este mică, iar gradul de autonomie este scăzut. Odată cu modernizarea și dezvoltarea industriei de producție de vârf a țării mele, dezvoltarea tehnologiei și reducerea costurilor, industria de imprimare 3D a țării mele va arăta o tendință de creștere a localizării în viitor. Cooperarea strânsă între producătorii de echipamente este crucială pentru promovarea dezvoltării pe scară largă a tehnologiei de imprimare 3D.
Guanghui Laser nu se concentrează doar pe cercetarea și inovarea tehnologiei produselor cu laser, dar continuă și să exploreze în domeniul tehnologiei de prelucrare cu laser și se angajează să ajute clienții să rezolve problemele de aplicare. În calitate de producător autohton de echipamente de imprimare 3D, FASTFORM este familiarizat cu toate aspectele imprimării 3D și are o echipă de consultanță cu experiență pentru a oferi clienților produse profesionale de ultimă generație în domeniul imprimării 3D. În viitor, Guanghui Laser va colabora cu FASTFORM pentru a promova aplicarea și dezvoltarea tehnologiei de imprimare laser 3D în China și pentru a ajuta la modernizarea industriei. Sursa: Guanghui Laser Autor: Application Engineer Gu Jiaxing