Kiudlaseri rakenduste uurimine metalli 3D-printimisel

See Lisandite manufaktuurMetallmaterjalide valmistamisprotsess (3D-printimine) on väga nõutud lennunduse, lennunduse, navigatsiooni, sõidukite, vormide tootmise, meditsiiniseadmete jms valdkonnas. Praegu hõlmavad metallilisandite tootmisprotsessis kasutatavad soojusallikad kolme suure energiaga kiirt: laserkiirt, elektronkiirt ja mikrokiireplasmat, aga ka paagutamise soojussisendit. Nende hulgas on laserkiir metallilisandite tootmise valdkonnas kõige laialdasemalt kasutatav suure energiaga kiire soojusallikas. Võrreldes elektronkiire ja mikrokiireplasma soojusallikatega on laserkiire eelised peentäppide, madala hinna ja materjali ettenähtud asendisse suunamise osas. See võimaldab saavutada metallmaterjalide kohese sulamise ning täita sulatuskanali kattumise ja detailide vormimise nõudeid.

Laser-3D-printimise põhiprintsiibid

Laser-3D-printimisel kasutatavate laserite hulka kuuluvad kiudlaserid, pooljuhtlaserid, Nd:YAG-laserid ja CO2-laserid. Erinevad materjalid neelavad erineva lainepikkusega lasereid erinevalt. Tavaliselt kasutatakse CO2-lasereid polümeeride printimiseks, kiudlasereid aga metallipulbrite printimiseks.

Erinevate töötlemismeetodite kohaselt saab laserlisandite tootmise jagada selektiivseks laserpaagutamiseks, selektiivseks lasersulatamiseks, otseseks metalli laserpaagutamiseks, laserpulbersadestamiseks, otseseks metallisadestamiseks jne. Nende hulgas on selektiivne lasersulatus (SLM) üks enimkasutatavaid metallilaser-3D-printimise tehnoloogiaid.

Selektiivse lasersulatusmeetodil põhineva trükiseadme (SLM) põhistruktuur on näidatud joonisel. Enne printimist tuleb 3D-mudel kihiti peale kanda ja seejärel määrata skaneerimise trajektoor. Esimene samm on töölaua ühtlane kraapimine kaabitsaga ja pulbrikihi pealekandmine; teine ​​samm on selle pulbrikihi kindla trajektoori skaneerimine laseriga, et see sulatada ja kiht printida; kolmas samm on töölaua liigutamine ühe kihi võrra allapoole ja seejärel ülaltoodud toimingu kordamine, et trükikihid alt üles virnastada, moodustades seega trükitava 3D-detaili. Oksüdeerumise vältimiseks tuleb töökamber kogu protsessi vältel evakueerida ja täita inertse gaasiga.

Laserite nõudlus 3D-printimisel
Laser-3D-printimise laserite nõudlus peegeldub peamiselt kahes aspektis: ühelt poolt võimsus ja võimsuse stabiilsus ning teiselt poolt kiire kvaliteet ja täpi suurus.

01 Võimsus ja võimsuse stabiilsus

3D-printimisprotsess tugineb peamiselt laseri termilisele efektile. Materjali sulatamiseks peab laseri intensiivsus ületama teatud energialäve. Seetõttu pööratakse rohkem tähelepanu laseri keskmisele väljundvõimsusele ega ole tundlik laseri impulssrežiimi suhtes. Seetõttu kasutatakse tavaliselt pidevaid kiudlasereid, mille võimsus jaotub ligikaudu 100 W ja 1000 W vahel.
Mida suurem on mudel ja mida rohkem kihte, seda pikem on printimisaeg. Kestus on tavaliselt mõnest tunnist kümnete tundideni. Seetõttu on laseri pikaajalisele stabiilsele tööle seatud kõrged nõudmised. Liiga kõrge temperatuuri korral võib metallipulber üle põleda ja isegi teised vormitud detailid uuesti sulada; liiga madala temperatuuri korral ei ole metallipulber täielikult sulanud, nakkejõud on ebapiisav ja vormitud komponendi kuju ei pruugi säilida. Seetõttu on laseri võimsuse stabiilsus printimiskvaliteedi jaoks ülioluline.

02 Kiire kvaliteet ja täpi suurus

Kiire kvaliteet ja täpi suurus on ühed põhiparameetrid, mis kajastavad printimise täpsust. 3D-printimine toimub laserkiire skaneerimise teel. Mida väiksem on lasertäpp, seda suurem on skaneerimise täpsus, seda kõrgem on prinditud mudeli eraldusvõime ja seda õrnem on prinditud detaili pind.
Kiire kvaliteeti iseloomustatakse tavaliselt BPP või M2-ga. Mida lähemal on M2 väärtusele 1, seda parem on kiire kvaliteet, seda kontsentreeritum on laseri energia ja seda väiksem on soojusefekt ümbritsevale alale; samal ajal, mida parem on kiire kvaliteet, seda väiksem on vastav hajumisnurk ja seda väiksem on fokuseeritud täpp.

03 GW Laser Techi ja FASTFORMi uuringud 3D-printimise valdkonnas
GW Laser Tech, olles maailma juhtiv suure heledusega kiudlaserite tootja, on aktiivselt uurinud ka seda rakendusvaldkonda koos ... 3D-printimise tehnoloogiaja tõi turule 500 W ühemoodilise 10 μm/14 μm pideva kiudlaseri 3D-printimise rakenduste jaoks, mis on suunatud meditsiiniseadmetele, autoosadele, lennundusele ja muudele valdkondadele.

Nende hulgas määravad südamiku läbimõõdud 10 μm ja 14 μm laigu suuruse, mis omakorda mõjutab peamiselt laseri võimsustihedust ehk valgusenergia hulka pinnaühiku kohta. Sama võimsuse korral on laseri võimsustihedus suurem, mida väiksem on laigu suurus. Suure võimsustihedusega laigud sobivad kõrge sulamistemperatuuri või suure peegeldusega metallpulbrite trükkimiseks.

Toote eelised:

➢ Üliõhuke ja kerge disain, 19-tolline 1,5U kõrgune disain, kaal

➢ Toote struktuur on suletud disainiga, mis on suunatud 3D-printimiskeskkonnale, parandades oluliselt laseri üldist töökindlust, IP65 kaitsetaset ja võimaldades pidevat tööd karmides keskkondades, nagu kõrge temperatuur, kõrge õhuniiskus ja suur tolmusisaldus.

➢ Maksimaalne võimsus on 500 W, mis on piisav selliste tavaliste metallmaterjalide nagu austeniitse roostevaba teras, martensiitse roostevaba teras, titaanisulam, niklipõhine kõrgtemperatuuriline sulam, alumiiniumisulam, magneesiumisulam jne vormimiseks.

➢ Hea võimsuse stabiilsus, kõikumine tunnis

➢ Hea kiirekvaliteet, M2

FASTFORM (FastForm) on ettevõte, mis on spetsialiseerunud 3D-printimise tehnoloogia ja seadmete uurimisele ja arendamisele ning pakub tipptasemel kiirprototüüpimise teenuseid ja tugilahendusi. Oleme loonud tiheda koostöö Guanghui Laseriga ning kavatseme tulevikus läbi viia 3D-printimise katseid ja uuringuid oluliste osade kohta lennunduse, automudelite, biomeditsiini jne valdkonnas. Oleme turule toonud FF-M140 ühe laseriga tooteid, FF-M150 õppeotstarbelisi mudeleid, FF-M180D kahe laseriga hambaravispetsiifilisi mudeleid, FF-M300H 1000W suure võimsusega laseriga tööstusmudeleid, FF-M500 kahe laseriga mudeleid ja FF-M800 nelja laseriga tooteid ning kõik need on masstoodanguna valminud ja toetavad kohandatud lokaliseerimislahendusi. Oleme iseseisvalt välja töötanud FastLayeri, mitme laseriga viilutamise ja raja genereerimise tarkvara. Seadmed on täisautomaatsed ja järelevalveta.

Sellel tootel on järgmised olulised eelised:

➢ Kahesuunaline ja muudetava kiirusega pulbri laotamise tehnoloogia, kõrge pulbri kasutamise määr.

➢ Sõltumatult arendatud tarkvara automaatseks viilutamiseks ja teekonna planeerimiseks ühe klõpsuga.

➢ Varustatud oma kaameraga, mis võimaldab täisautomaatset juhtimist ja kaugjuhtimist ilma järelevalveta.

➢ Seade kasutab integreeritud keevitusstruktuuri, mis on väga stabiilne ja hõlpsasti paigaldatav.

3D-printimise tööstuse praegune olukord ja arenguväljavaated
Praegu on 3D-printimine jõudnud kiire prototüüpimise ajastusse. Hiina Äriuuringute Instituudi statistika kohaselt moodustas masinatööstus 2021. aastal suurima osa allavoolu rakendusvaldkondadest, ulatudes 17,5%-ni, millele järgnesid tarbeelektroonika (16,6%) ja autotööstus (16,1%). Tarbeelektroonika ja autotööstuse kiire arenguga laienevad 3D-printimise rakendusvaldkonnad nendes kahes valdkonnas tulevikus veelgi.

Tööstusharu ulatuse osas on Hiina Investeerimisvõrgustiku prognoosi kohaselt 3D-printimise keskmine aastane liitkasvumäär aastatel 2021–2025 umbes 26,59% ja ulatub 2025. aastal 70,1 miljardi jüaanini.

3D-printimine hõlmab kolme aspekti: seadmeid, materjale ja teenuseid, millest trükiseadmed moodustavad suurima osa. CCID avaldatud andmete kohaselt oli Hiina 3D-printimisseadmete tööstuse maht 2020. aastal 9,254 miljardit jüaani, mis moodustas suurima osa.

Praegu on 3D-printimisseadmete hind endiselt suhteliselt kõrge. Ühelt poolt on see tingitud välismaistest patentidest ja monopolidest. Teisest küljest on see tingitud sellest, et minu riigi 3D-tööstus alustas hilja, nõudlus on väike ja autonoomia aste on madal. Minu riigi tipptasemel tootmistööstuse ajakohastamise ja arendamise, tehnoloogia arengu ja kulude vähendamisega näitab minu riigi 3D-printimistööstus tulevikus lokaliseerimise suurenemise trendi. Seadmete tootjate tihe koostöö on 3D-printimistehnoloogia laiaulatusliku arendamise edendamiseks ülioluline.

Guanghui Laser ei keskendu mitte ainult lasertoodete tehnoloogia uurimisele ja innovatsioonile, vaid jätkab ka lasertöötlustehnoloogia uurimist ning on pühendunud klientide abistamisele rakendusprobleemide lahendamisel. Juhtiva kodumaise 3D-printimisseadmete tootjana tunneb FASTFORM kõiki 3D-printimise aspekte ning omab kogenud konsultatsioonimeeskonda, et pakkuda klientidele professionaalseid tipptasemel tooteid 3D-printimise valdkonnas. Tulevikus teeb Guanghui Laser FASTFORMiga koostööd, et edendada laser-3D-printimistehnoloogia rakendamist ja arendamist Hiinas ning aidata kaasa tööstusharu ajakohastamisele. Allikas: Guanghui Laser Autor: Rakendusinsener Gu Jiaxing