Kuitulaserin sovellusten tutkiminen metallin 3D-tulostuksessa

The Lisäaine ManuMetallimateriaalien valmistusprosessille (3D-tulostukselle) on suuri kysyntä ilmailun, avaruusteollisuudessa, navigoinnissa, ajoneuvoissa, muottien valmistuksessa, lääketieteellisissä laitteissa jne. Tällä hetkellä metallien lisäainevalmistusprosessissa käytetään kolmea korkeaenergistä lämmönlähdettä: lasersäde, elektronisuihku ja mikrosuihkuplasma, sekä sintrauslämmönsyöttöä. Näistä lasersäde on yleisimmin käytetty korkeaenerginen lämmönlähde metallien lisäainevalmistuksessa. Elektronisuihku- ja mikrosuihkuplasmalämmönlähteisiin verrattuna lasersäteellä on etuna hienojakoinen piste, alhaiset kustannukset ja se voidaan kohdistaa haluttuun materiaalipaikkaan. Se voi saavuttaa metallimateriaalien välittömän sulamisen ja täyttää sulakanavan päällekkäisyyden ja osien muovauksen vaatimukset.

Laser 3D-tulostuksen perusperiaatteet

Laser-3D-tulostuksessa käytettäviä lasereita ovat kuitulaserit, puolijohdelaserit, Nd:YAG-laserit ja CO2-laserit. Eri materiaalit absorboivat eri aallonpituisia lasereita eri tavoin. Yleensä CO2-lasereita käytetään polymeerien tulostamiseen, kun taas kuitulasereita käytetään metallijauheiden tulostamiseen.

Erilaisten prosessointimenetelmien mukaan laserlisäainevalmistus voidaan jakaa selektiiviseen lasersintraukseen, selektiiviseen lasersulatukseen, suoraan metallin lasersintraukseen, laserjauhepinnoitukseen, suoraan metallinpinnoitukseen jne. Näistä selektiivinen lasersulatus (SLM) on yksi yleisimmin käytetyistä metallilaser-3D-tulostustekniikoista.

Kuvassa on esitetty valikoivan lasersulatuslaitteen (SLM) perusrakenne. Ennen tulostusta 3D-malli on kerrostettava ja sen jälkeen on määritettävä skannausreitti. Ensimmäinen vaihe on työpöydän tasainen kaapiminen kaapimella ja jauhekerroksen levittäminen sen päälle; toinen vaihe on tietyn jauhekerroksen skannaaminen laserilla sen sulattamiseksi ja kerroksen tulostamiseksi; kolmas vaihe on työpöydän siirtäminen yhden kerroksen alaspäin ja sitten yllä olevan toiminnon toistaminen tulostuskerrosten pinoamiseksi alhaalta ylös, jolloin muodostuu tulostettava 3D-osa. Hapettumisen estämiseksi työkammio on tyhjennettävä ja täytettävä inertillä kaasulla koko prosessin ajan.

Laserlaitteiden kysyntä 3D-lasertulostuksessa
Laser-3D-tulostuksen lasereiden kysyntä näkyy pääasiassa kahdessa näkökulmassa: toisaalta tehossa ja tehon vakaudessa sekä toisaalta säteen laadussa ja pisteen koossa.

01 Virta ja tehon vakaus

3D-tulostusprosessi perustuu pääasiassa laserin lämpövaikutukseen. Lasersäteen intensiteetin on ylitettävä tietty energiakynnys materiaalin sulattamiseksi. Siksi se kiinnittää enemmän huomiota laserin keskimääräiseen lähtötehoon eikä ole herkkä laserin pulssimoodille. Siksi käytetään yleensä jatkuvia kuitulasereita, joiden teho jakautuu karkeasti 100 W:n ja 1000 W:n välille.
Mitä suurempi malli ja mitä enemmän kerroksia, sitä pidempi tulostusaika. Kesto on yleensä muutamasta tunnista kymmeniin tunteihin. Siksi laserin pitkäaikaiselle ja vakaalle toiminnalle asetetaan korkeat vaatimukset. Jos lämpötila on liian korkea, metallijauhe voi ylikuumentua ja jopa aiheuttaa muiden muovattujen osien uudelleensulamisen; jos lämpötila on liian alhainen, metallijauhe ei sula kokonaan, sidosvoima on riittämätön ja muovatun osan muoto ei välttämättä säily. Siksi laserin tehovakaus on ratkaisevan tärkeää tulostuslaadulle.

02 Säteen laatu ja pisteen koko

Säteen laatu ja pisteen koko ovat keskeisiä tulostustarkkuutta kuvaavia parametreja. 3D-tulostus muodostetaan laserskannauksella. Mitä pienempi lasersädepiste, sitä suurempi skannaustarkkuus, sitä suurempi tulostetun mallin resoluutio ja sitä herkempi tulostetun osan pinta on.
Säteen laatua kuvataan yleensä BPP:llä tai M2:lla. Mitä lähempänä M2 on arvoa 1, sitä parempi säteen laatu, sitä keskittyneempi laserenergia on ja sitä pienempi lämpövaikutus ympäröivään alueeseen. Samalla mitä parempi säteen laatu, sitä pienempi vastaava hajaannuskulma ja sitä pienempi tarkennettu piste on.

03 GW Laser Techin ja FASTFORMin tutkimusmatkat 3D-tulostuksen alalla
GW Laser Tech, maailman johtavana korkean kirkkauden kuitulasereiden valmistajana, on myös aktiivisesti tutkinut tätä sovellusaluetta nousun myötä 3D-tulostustekniikkaja lanseerasi 500 W:n yksimuotoisen 10 μm/14 μm jatkuvatoimisen kuitulaserin 3D-tulostussovelluksiin, jotka on suunnattu lääkinnällisiin laitteisiin, auton osiin, ilmailu- ja avaruusaloille sekä muille aloille.

Näistä erikokoiset ytimen halkaisijat, 10 μm ja 14 μm, määräävät pisteen koon, joka puolestaan ​​vaikuttaa pääasiassa laserin tehotiheyteen eli valoenergian määrään pinta-alayksikköä kohti. Samoissa teho-olosuhteissa mitä pienempi pisteen koko, sitä suurempi laserin tehotiheys. Suuritehoiset pisteet soveltuvat korkean sulamispisteen tai voimakkaan heijastuksen omaavien metallijauheiden tulostamiseen.

Tuotteen edut:

➢ Erittäin ohut ja kevyt muotoilu, 19 tuuman 1,5U:n korkeus, paino

➢ Tuotteen rakenne on suljettu ja suunniteltu 3D-tulostusympäristöön, mikä parantaa huomattavasti laserin yleistä luotettavuutta ja IP65-suojaustasoa. Laite voi toimia jatkuvasti ankarissa olosuhteissa, kuten korkeassa lämpötilassa, korkeassa kosteudessa ja paljon pölyä sisältävissä olosuhteissa.

➢ Suurin teho on 500 W, mikä riittää muodostamaan yleisiä metallimateriaaleja, kuten austeniittista ruostumatonta terästä, martensiittista ruostumatonta terästä, titaaniseosta, nikkelipohjaista korkean lämpötilan seosta, alumiiniseosta, magnesiumseosta jne.

➢ Hyvä tehonvakaus, vaihtelu tunnissa

➢ Hyvä säteen laatu, M2

FASTFORM (FastForm) on 3D-tulostusteknologian ja -laitteiden tutkimukseen ja kehitykseen erikoistunut yritys, joka tarjoaa huippuluokan pikaprototyyppien valmistuspalveluita ja tukiratkaisuja. Olemme luoneet tiiviitä yhteistyösuhteita Guanghui Laserin kanssa ja tulemme tulevaisuudessa tekemään 3D-tulostuskokeita ja -tutkimusta keskeisillä osilla ilmailu- ja avaruustekniikan, automallien, biolääketieteen jne. aloilla. Olemme lanseeranneet FF-M140-yksilaserlaitteita, FF-M150-opetuskäyttöön tarkoitettuja malleja, FF-M180D-kaksoislaserlaitteita hammaslääketieteeseen, FF-M300H 1000 W:n suurteholaserlaitteita teollisuuskäyttöön, FF-M500-kaksoislaserlaitteita ja FF-M800-neljälaserlaitteita, ja kaikki ne on valmistettu massatuotantona ja tukevat räätälöityjä lokalisointiratkaisuja. Olemme kehittäneet itsenäisesti FastLayerin, monilaserleikkaus- ja polunluontiohjelmiston. Laite on täysin automaattinen ja miehittämätön.

Tällä tuotteella on seuraavat merkittävät edut:

➢ Kaksisuuntainen ja muuttuvanopeuksinen jauheenlevitystekniikka, korkea jauheen käyttöaste.

➢ Itsenäisesti kehitetty ohjelmisto automaattiseen viipalointiin ja reittisuunnitteluun yhdellä napsautuksella.

➢ Mukana oma kamera, joka mahdollistaa täysin automaattisen ohjauksen ja valvomattoman käytön etänä.

➢ Laitteessa on integroitu hitsausrakenne, joka on erittäin vakaa ja helppo asentaa.

3D-tulostusteollisuuden nykytila ​​ja kehitysnäkymät
Tällä hetkellä 3D-tulostus on siirtynyt nopean prototyyppien aikakauteen. Kiinan yritys- ja teollisuustutkimuslaitoksen tilastojen mukaan koneteollisuus kattoi suurimman osan loppupään sovellusalueista vuonna 2021, yltäen 17,5 prosenttiin. Seuraavaksi eniten 3D-tulostusta käytettiin kulutuselektroniikassa (16,6 %) ja autoteollisuudessa (16,1 %). Kulutuselektroniikan ja autoteollisuuden nopean kehityksen myötä 3D-tulostuksen sovellusalueet näillä kahdella alalla laajenevat entisestään tulevaisuudessa.

Alan mittakaavan osalta China Investment Networkin ennusteen mukaan 3D-tulostuksen keskimääräinen vuotuinen kasvuvauhti vuosina 2021–2025 on noin 26,59 % ja se saavuttaa 70,1 miljardia yuania vuonna 2025.

3D-tulostus kattaa kolme osa-aluetta: laitteet, materiaalit ja palvelut, joista tulostuslaitteet muodostavat suurimman osan. CCID:n julkaisemien tietojen mukaan Kiinan 3D-tulostuslaiteteollisuuden koko vuonna 2020 oli 9,254 miljardia yuania, mikä on suurin osuus.

Tällä hetkellä 3D-tulostuslaitteiden hinta on edelleen suhteellisen korkea. Toisaalta se johtuu ulkomaisista patenteista ja monopoleista. Toisaalta se johtuu siitä, että maani 3D-teollisuus käynnistyi myöhään, kysyntä on pientä ja autonomian aste on alhainen. Maani huippuluokan valmistusteollisuuden päivittymisen ja kehityksen, teknologian kehityksen ja kustannusten alenemisen myötä maani 3D-tulostusteollisuus osoittaa tulevaisuudessa lisääntyvää lokalisoitumista. Laitevalmistajien välinen tiivis yhteistyö on ratkaisevan tärkeää 3D-tulostusteknologian laajamittaisen kehityksen edistämiseksi.

Guanghui Laser ei keskity ainoastaan ​​lasertuoteteknologian tutkimukseen ja innovointiin, vaan jatkaa myös laserkäsittelyteknologian tutkimista ja on sitoutunut auttamaan asiakkaita sovellusongelmien ratkaisemisessa. Johtavana kotimaisena 3D-tulostuslaitteiden valmistajana FASTFORM tuntee kaikki 3D-tulostuksen osa-alueet ja sillä on kokenut konsulttitiimi, joka tarjoaa asiakkaille ammattimaisia ​​ja huippuluokan tuotteita 3D-tulostuksen alalla. Tulevaisuudessa Guanghui Laser tekee yhteistyötä FASTFORMin kanssa edistääkseen laser-3D-tulostusteknologian soveltamista ja kehittämistä Kiinassa ja auttaakseen alan päivittämisessä. Lähde: Guanghui Laser Kirjoittaja: Sovellusinsinööri Gu Jiaxing