Exploració de l'aplicació del làser de fibra en la impressió 3D de metall

El Manu additiuEl procés de fabricació (impressió 3D) de materials metàl·lics té una gran demanda en els camps de l'aviació, l'aeroespacial, la navegació, els vehicles, la fabricació de motlles, els equips mèdics, etc. Actualment, les fonts de calor utilitzades en el procés de fabricació additiva de metalls inclouen tres feixos d'alta energia, és a dir, el feix làser, el feix d'electrons i el plasma de microfeix, així com l'entrada de calor de sinterització. Entre ells, el feix làser és la font de calor de feix d'alta energia més utilitzada en el camp de la fabricació additiva de metalls. En comparació amb les fonts de calor de feix d'electrons i plasma de microfeix, el feix làser té els avantatges d'un punt fi, baix cost i es pot dirigir a la posició especificada del material. Pot aconseguir la fusió instantània de materials metàl·lics i complir els requisits de superposició de canals de fusió i formació de peces.

Principis bàsics de la impressió 3D làser

Els làsers utilitzats en la impressió 3D làser inclouen làsers de fibra, làsers de semiconductors, làsers Nd:YAG i làsers de CO2. Diferents materials absorbeixen làsers de diferents longituds d'ona de manera diferent. Normalment, els làsers de CO2 s'utilitzen per imprimir polímers, mentre que els làsers de fibra s'utilitzen per imprimir pols metàl·liques.

Segons els diferents mètodes de processament, la fabricació additiva làser es pot dividir en sinterització làser selectiva, fusió làser selectiva, sinterització làser directa de metall, deposició de pols làser, deposició directa de metall, etc. Entre elles, la fusió làser selectiva (SLM) és una de les tecnologies d'impressió 3D làser de metall més utilitzades.

L'estructura bàsica del dispositiu d'impressió per fusió làser selectiva (SLM) es mostra a la figura. Abans d'imprimir, cal establir capes al model 3D i després determinar la trajectòria d'escaneig. El primer pas és raspar uniformement el banc de treball amb un rascador i estendre-hi una capa de pols; el segon pas és escanejar una trajectòria específica sobre aquesta capa de pols amb un làser per fondre-la i imprimir una capa; el tercer pas és moure el banc de treball una capa cap avall i després repetir l'operació anterior per apilar les capes d'impressió de baix a dalt, formant així la peça 3D que s'imprimirà. Per evitar l'oxidació, cal buidar la cambra de treball i omplir-la amb gas inert durant tot el procés.

La demanda de làsers en la impressió 3D làser
La demanda de làsers en la impressió 3D làser es reflecteix principalment en dos aspectes: d'una banda, la potència i l'estabilitat de la potència, i de l'altra, la qualitat del feix i la mida del punt.

01 Potència i estabilitat de potència

El procés d'impressió 3D es basa principalment en l'efecte tèrmic del làser. La intensitat del làser ha de superar un cert llindar d'energia per fondre el material. Per tant, es presta més atenció a la potència de sortida mitjana del làser i no és sensible al mode de pols del làser. Per tant, normalment s'utilitzen làsers de fibra contínua, i la potència es distribueix aproximadament entre 100 W i 1000 W.
Com més gran sigui el model i més capes, més llarg serà el temps d'impressió. La durada generalment és d'unes poques hores a desenes d'hores. Per tant, es requereixen alts requisits per al funcionament estable a llarg termini del làser. Si la temperatura és massa alta, la pols metàl·lica es pot cremar massa i fins i tot fer que altres peces formades es tornin a fondre; si la temperatura és massa baixa, la pols metàl·lica no es fon completament, la força d'unió és insuficient i la forma del component format pot no mantenir-se. Per tant, l'estabilitat de potència del làser és crucial per a la qualitat d'impressió.

02 Qualitat del feix i mida del punt

La qualitat del feix i la mida del punt són un dels paràmetres clau que reflecteixen la precisió de la impressió. La impressió 3D es forma mitjançant l'escaneig de feix làser. Com més petit sigui el punt làser, més alta serà la precisió de l'escaneig, més alta serà la resolució del model imprès i més delicada serà la superfície de la peça impresa.
La qualitat del feix es caracteritza normalment per BPP o M2. Com més a prop estigui M2 d'1, millor serà la qualitat del feix, més concentrada serà l'energia làser i menor serà l'efecte de calor a la zona circumdant; al mateix temps, com millor serà la qualitat del feix, menor serà l'angle de divergència corresponent i menor serà el punt enfocat.

03 L'exploració de GW Laser Tech i FASTFORM en el camp de la impressió 3D
GW Laser Tech, com a líder mundial en làsers de fibra d'alta brillantor, també ha explorat activament aquest camp d'aplicació amb l'auge de Tecnologia d'impressió 3Di va llançar un làser de fibra contínua monomodal de 500 W i 10 μm/14 μm per a aplicacions d'impressió 3D, dirigides a dispositius mèdics, peces d'automòbils, aeroespacial i altres camps.

Entre ells, els diferents diàmetres del nucli de 10 μm i 14 μm determinen la mida del punt, que afecta principalment la densitat de potència del làser, és a dir, la quantitat d'energia lumínica per unitat de superfície. En les mateixes condicions de potència, com més petita sigui la mida del punt, més gran serà la densitat de potència del làser. Els punts d'alta densitat de potència són adequats per imprimir pols metàl·liques amb punts de fusió elevats o altes reflexions.

Avantatges del producte:

➢ Disseny ultraprim i lleuger, disseny de 19 polzades i 1,5U d'alçada, pes

➢ L'estructura del producte adopta un disseny tancat, pensat per a l'entorn d'impressió 3D, millorant considerablement la fiabilitat general del làser, el nivell de protecció IP65 i permetent un funcionament continu en entorns difícils com ara altes temperatures, alta humitat i molta pols.

➢ La potència màxima és de 500 W, suficient per formar materials metàl·lics comuns com ara acer inoxidable austenític, acer inoxidable martensític, aliatge de titani, aliatge d'alta temperatura a base de níquel, aliatge d'alumini, aliatge de magnesi, etc.

➢ Bona estabilitat de potència, fluctuació per hora

➢ Bona qualitat de feix, M2

FASTFORM (FastForm) és una empresa especialitzada en la investigació i el desenvolupament de tecnologia i equips d'impressió 3D, i pot oferir serveis de prototipatge ràpid i solucions de suport de primera categoria. Hem establert una cooperació profunda amb Guanghui Laser i, en el futur, durem a terme experiments i investigacions d'impressió 3D en peces clau en els camps de l'aeroespacial, els models d'automòbils, la biomedicina, etc. Hem llançat productes làser únic FF-M140, models específics per a l'ensenyament FF-M150, models específics per a la medicina dental amb làser dual FF-M180D, models industrials làser d'alta potència de 1000 W FF-M300H, models làser dual FF-M500 i productes làser de quatre FF-M800, i tots ells s'han produït en massa i admeten solucions de localització personalitzades. Hem desenvolupat de forma independent FastLayer, un programari de tall i generació de trajectòries multilàser. L'equip és totalment automàtic i sense supervisió.

Aquest producte té els següents avantatges significatius:

➢ Tecnologia de dispersió de pols bidireccional i de velocitat variable, alta taxa d'utilització de la pols.

➢ Programari desenvolupat independentment per completar el tall automàtic i la planificació de trajectòries amb un sol clic.

➢ Inclou la seva pròpia càmera, que permet un control totalment automàtic i un funcionament remot sense supervisió.

➢ L'equip adopta una estructura de soldadura integrada, que és altament estable i fàcil d'instal·lar.

Estat actual i perspectives de desenvolupament de la indústria de la impressió 3D
Actualment, la impressió 3D ha entrat a l'era del prototipatge ràpid. Segons les estadístiques de l'Institut de Recerca de la Indústria Empresarial de la Xina, la indústria de la maquinària va representar la major proporció de camps d'aplicació posteriors el 2021, arribant al 17,5%, seguida de l'electrònica de consum (16,6%) i els automòbils (16,1%). Amb el ràpid desenvolupament de l'electrònica de consum i la indústria de l'automòbil, les àrees d'aplicació de la impressió 3D en aquests dos camps s'ampliaran encara més en el futur.

Pel que fa a l'escala de la indústria, segons la previsió de China Investment Network: la taxa de creixement composta anual mitjana de la impressió 3D del 2021 al 2025 serà d'aproximadament el 26,59% i arribarà als 70.100 milions de iuans el 2025.

La impressió 3D cobreix tres aspectes: equips, materials i serveis, entre els quals els equips d'impressió representen la major part. Segons les dades publicades pel CCID, l'escala de la indústria xinesa d'equips d'impressió 3D el 2020 va ser de 9.254 milions de iuans, representant la proporció més gran.

Actualment, el preu dels equips d'impressió 3D encara és relativament alt. D'una banda, és degut a les patents i monopolis estrangers. D'altra banda, és perquè la indústria 3D del meu país va començar tard, la demanda és petita i el grau d'autonomia és baix. Amb la modernització i el desenvolupament de la indústria manufacturera d'alta gamma del meu país, el desenvolupament de la tecnologia i la reducció de costos, la indústria de la impressió 3D del meu país mostrarà una tendència de localització creixent en el futur. Una estreta cooperació entre els fabricants d'equips és crucial per promoure el desenvolupament a gran escala de la tecnologia d'impressió 3D.

Guanghui Laser no només se centra en la investigació i la innovació de la tecnologia de productes làser, sinó que també continua explorant el camp de la tecnologia de processament làser i es compromet a ajudar els clients a resoldre problemes d'aplicació. Com a fabricant líder d'equips d'impressió 3D nacionals, FASTFORM està familiaritzat amb tots els aspectes de la impressió 3D i compta amb un equip de consultoria experimentat per oferir als clients productes professionals d'alta gamma en el camp de la impressió 3D. En el futur, Guanghui Laser treballarà amb FASTFORM per promoure l'aplicació i el desenvolupament de la tecnologia d'impressió 3D làser a la Xina i ajudar a millorar la indústria. Font: Guanghui Laser Autor: Enginyer d'aplicacions Gu Jiaxing