Istraživanje primjene vlaknastog lasera u 3D printanju metala

The Aditivi ManuProces 3D printanja metalnih materijala je veoma tražen u oblastima avijacije, vazduhoplovstva, navigacije, vozila, proizvodnje kalupa, medicinske opreme itd. Trenutno, izvori toplote koji se koriste u procesu aditivne proizvodnje metala uključuju tri visokoenergetska snopa, i to laserski snop, elektronski snop i mikro-snop plazme, kao i unos toplote sinterovanja. Među njima, laserski snop je najčešće korišten visokoenergetski izvor toplote u oblasti aditivne proizvodnje metala. U poređenju sa izvorima toplote elektronskog snopa i mikro-snopa plazme, laserski snop ima prednosti fine tačke, niske cijene i mogućnosti usmjeravanja na određenu poziciju materijala. Može postići trenutno topljenje metalnih materijala i ispuniti zahtjeve preklapanja kanala za topljenje i oblikovanja dijelova.

Osnovni principi laserskog 3D štampanja

Laseri koji se koriste u laserskom 3D printanju uključuju vlaknaste lasere, poluprovodničke lasere, Nd:YAG lasere i CO2 lasere. Različiti materijali različito apsorbiraju lasere različitih talasnih dužina. Obično se CO2 laseri koriste za printanje polimera, dok se vlaknasti laseri koriste za printanje metalnih prahova.

Prema različitim metodama obrade, laserska aditivna proizvodnja može se podijeliti na selektivno lasersko sinterovanje, selektivno lasersko topljenje, direktno lasersko sinterovanje metala, lasersko taloženje praha, direktno taloženje metala itd. Među njima, selektivno lasersko topljenje (SLM) je jedna od najčešće korištenih tehnologija 3D printanja metala laserom.

Osnovna struktura uređaja za selektivno lasersko topljenje (SLM) prikazana je na slici. Prije štampanja, 3D model mora biti slojevit, a zatim se mora odrediti putanja skeniranja. Prvi korak je ravnomjerno struganje radne površine strugačem i nanošenje sloja praha na nju; drugi korak je skeniranje određene putanje na ovom sloju praha laserom kako bi se on otopio i odštampao sloj; treći korak je pomicanje radne površine za jedan sloj niže, a zatim ponavljanje gore navedene operacije kako bi se slojevi za štampanje slagali od dna prema vrhu, čime se formira 3D dio koji se štampa. Kako bi se spriječila oksidacija, radna komora mora biti evakuirana i napunjena inertnim gasom tokom cijelog procesa.

Potražnja za laserima u laserskom 3D printanju
Potražnja za laserima u laserskom 3D printanju uglavnom se ogleda u dva aspekta: s jedne strane, snaga i stabilnost snage, a s druge strane, kvalitet snopa i veličina tačke.

01 Snaga i stabilnost napajanja

Proces 3D štampanja uglavnom se oslanja na termalni efekat lasera. Intenzitet lasera mora preći određeni energetski prag da bi se materijal otopio. Stoga se više pažnje posvećuje prosječnoj izlaznoj snazi ​​lasera i nije osjetljiv na pulsni način rada lasera. Stoga se obično koriste kontinuirani vlaknasti laseri, a snaga je otprilike raspoređena između 100W i 1000W.
Što je model veći i što je više slojeva, to je vrijeme štampanja duže. Trajanje je uglavnom od nekoliko sati do desetina sati. Stoga se postavljaju visoki zahtjevi za dugoročni stabilan rad lasera. Ako je temperatura previsoka, metalni prah može pregorjeti i čak uzrokovati ponovno topljenje drugih oblikovanih dijelova; ako je temperatura preniska, metalni prah se ne otopi u potpunosti, sila vezivanja je nedovoljna i oblik oblikovane komponente se možda neće održati. Stoga je stabilnost snage lasera ključna za kvalitet štampanja.

02 Kvalitet snopa i veličina tačke

Kvalitet snopa i veličina tačke su jedni od ključnih parametara koji odražavaju tačnost štampanja. 3D štampanje se formira skeniranjem laserskim snopom. Što je laserska tačka manja, to je veća tačnost skeniranja, veća je rezolucija štampanog modela i delikatnija je površina štampanog dela.
Kvalitet snopa se obično karakterizira sa BPP ili M2. Što je M2 bliže 1, to je bolji kvalitet snopa, laserska energija je koncentriranija i manji je toplinski učinak na okolno područje; istovremeno, što je bolji kvalitet snopa, manji je odgovarajući kut divergencije i manja će biti fokusirana tačka.

03 GW Laser Tech i FASTFORM-ovo istraživanje u oblasti 3D printanja
GW Laser Tech, kao svjetski lider u proizvodnji vlaknastih lasera visokog sjaja, također je aktivno istraživao ovo područje primjene s porastom... Tehnologija 3D štampanja, i lansirao je 500W jednomodni 10μm/14μm kontinuirani vlaknasti laser za 3D printanje, namijenjen medicinskim uređajima, automobilskim dijelovima, zrakoplovstvu i drugim područjima.

Među njima, različiti prečnici jezgra od 10μm i 14μm određuju veličinu tačke, koja uglavnom utiče na gustinu laserske snage, odnosno količinu svjetlosne energije po jedinici površine. Pod istim uslovima snage, što je manja veličina tačke, to je veća gustina laserske snage. Tačke visoke gustine snage pogodne su za štampanje metalnih prahova sa visokim tačkama topljenja ili visokim refleksijama.

Prednosti proizvoda:

➢ Ultra tanak i lagan dizajn, visina od 19 inča (1,5U), težina

➢ Struktura proizvoda usvaja zatvoreni dizajn, namijenjen okruženju 3D printanja, značajno poboljšavajući ukupnu pouzdanost lasera, nivo zaštite IP65 i omogućavajući kontinuirani rad u teškim okruženjima kao što su visoka temperatura, visoka vlažnost i visoka prašina.

➢ Maksimalna snaga je 500 W, što je dovoljno za oblikovanje uobičajenih metalnih materijala kao što su austenitni nehrđajući čelik, martenzitni nehrđajući čelik, legura titana, legura na bazi nikla otporna na visoke temperature, legura aluminija, legura magnezija itd.

➢ Dobra stabilnost napajanja, fluktuacija po satu

➢ Dobar kvalitet snopa, M2

FASTFORM (FastForm) je kompanija specijalizirana za istraživanje i razvoj tehnologije i opreme za 3D printanje, te može pružiti vrhunske usluge brze izrade prototipa i prateća rješenja. Uspostavili smo duboku saradnju s Guanghui Laserom i u budućnosti ćemo provoditi eksperimente i istraživanja 3D printanja ključnih dijelova u oblastima zrakoplovstva, automobilskih modela, biomedicine itd. Lansirali smo FF-M140 proizvode s jednim laserom, FF-M150 modele specifične za nastavu, FF-M180D modele s dvostrukim laserom specifične za stomatologiju, FF-M300H industrijske modele lasera velike snage 1000W, FF-M500 modele s dvostrukim laserom i FF-M800 proizvode s četiri lasera, a svi oni su masovno proizvedeni i podržavaju prilagođena rješenja za lokalizaciju. Nezavisno smo razvili FastLayer, softver za višelasersko rezanje i generiranje putanja. Oprema je potpuno automatska i bez nadzora.

Ovaj proizvod ima sljedeće značajne prednosti:

➢ Tehnologija dvosmjernog i promjenjivog nanošenja praha, visoka stopa iskorištenja praha.

➢ Nezavisno razvijen softver za automatsko rezanje i planiranje puta jednim klikom.

➢ Dolazi sa vlastitom kamerom koja može ostvariti potpuno automatsku kontrolu i rad bez nadzora na daljinu.

➢ Oprema koristi integriranu strukturu za zavarivanje koja je vrlo stabilna i jednostavna za instalaciju.

Trenutno stanje i perspektive razvoja industrije 3D printanja
Trenutno je 3D printanje ušlo u eru brze izrade prototipa. Prema statistikama Kineskog instituta za istraživanje poslovne industrije, mašinska industrija čini najveći udio u nizvodnim područjima primjene u 2021. godini, dostigavši ​​17,5%, a slijede je potrošačka elektronika (16,6%) i automobili (16,1%). S brzim razvojem potrošačke elektronike i automobilske industrije, područja primjene 3D printanja u ova dva područja će se dodatno proširiti u budućnosti.

Što se tiče obima industrije, prema prognozi China Investment Network-a: prosječna godišnja složena stopa rasta 3D printanja od 2021. do 2025. godine iznosit će oko 26,59%, a dostići će 70,1 milijardi juana u 2025. godini.

3D printanje obuhvata tri aspekta: opremu, materijale i usluge, među kojima oprema za printanje čini najveći udio. Prema podacima koje je objavio CCID, obim kineske industrije opreme za 3D printanje u 2020. godini iznosio je 9,254 milijarde juana, što čini najveći udio.

Trenutno je cijena opreme za 3D printanje i dalje relativno visoka. S jedne strane, to je zbog stranih patenata i monopola. S druge strane, to je zato što je 3D industrija u mojoj zemlji kasno započela, potražnja je mala, a stepen autonomije nizak. S modernizacijom i razvojem visokokvalitetne proizvodne industrije u mojoj zemlji, razvojem tehnologije i smanjenjem troškova, industrija 3D printanja u mojoj zemlji će u budućnosti pokazati trend sve veće lokalizacije. Bliska saradnja između proizvođača opreme je ključna za promovisanje razvoja 3D printanja velikih razmjera.

Guanghui Laser se ne fokusira samo na istraživanje i inovacije tehnologije laserskih proizvoda, već i nastavlja istraživati ​​u oblasti tehnologije laserske obrade i posvećen je pomaganju kupcima u rješavanju problema u primjeni. Kao vodeći domaći proizvođač opreme za 3D printanje, FASTFORM je upoznat sa svim aspektima 3D printanja i ima iskusan konsultantski tim koji kupcima pruža profesionalne vrhunske proizvode u oblasti 3D printanja. U budućnosti, Guanghui Laser će sarađivati ​​sa FASTFORM-om kako bi promovisao primjenu i razvoj tehnologije laserskog 3D printanja u Kini i pomogao u unapređenju industrije. Izvor: Guanghui Laser Autor: Inženjer za primjenu Gu Jiaxing