Exploración da aplicación do láser de fibra na impresión 3D de metal

O/A Manu aditivoO proceso de fabricación (impresión 3D) de materiais metálicos ten unha gran demanda nos campos da aviación, a industria aeroespacial, a navegación, os vehículos, a fabricación de moldes, os equipos médicos, etc. Na actualidade, as fontes de calor empregadas no proceso de fabricación aditiva de metal inclúen tres feixes de alta enerxía, concretamente o feixe láser, o feixe de electróns e o plasma de microfeixes, así como a entrada de calor de sinterización. Entre eles, o feixe láser é a fonte de calor de feixe de alta enerxía máis empregada no campo da fabricación aditiva de metal. En comparación coas fontes de calor de plasma de feixes de electróns e microfeixes, o feixe láser ten as vantaxes dun punto fino, baixo custo e pode dirixirse á posición especificada do material. Pode lograr a fusión instantánea de materiais metálicos e cumprir os requisitos de superposición de canles de fusión e formación de pezas.

Principios básicos da impresión 3D láser

Os láseres empregados na impresión 3D láser inclúen láseres de fibra, láseres de semicondutores, láseres Nd:YAG e láseres de CO2. Os diferentes materiais absorben láseres de diferentes lonxitudes de onda de forma diferente. Normalmente, os láseres de CO2 úsanse para imprimir polímeros, mentres que os láseres de fibra úsanse para imprimir pós metálicos.

Segundo os diferentes métodos de procesamento, a fabricación aditiva por láser pódese dividir en sinterización láser selectiva, fusión láser selectiva, sinterización láser directa de metal, deposición de po láser, deposición directa de metal, etc. Entre elas, a fusión láser selectiva (SLM) é unha das tecnoloxías de impresión 3D láser de metal máis empregadas.

A estrutura básica do dispositivo de impresión por fusión láser selectiva (SLM) móstrase na figura. Antes de imprimir, o modelo 3D debe ser superposto en capas e despois debe determinarse a traxectoria de dixitalización. O primeiro paso é raspar uniformemente a mesa de traballo cun raspador e estender unha capa de po sobre ela; o segundo paso é dixitalizar unha traxectoria específica nesta capa de po cun láser para fundila e imprimir unha capa; o terceiro paso é mover a mesa de traballo unha capa cara abaixo e despois repetir a operación anterior para apilar as capas de impresión de abaixo cara arriba, formando así a peza 3D que se vai imprimir. Para evitar a oxidación, a cámara de traballo debe ser baleirada e enchida con gas inerte durante todo o proceso.

A demanda de láseres na impresión 3D láser
A demanda de láseres na impresión 3D láser reflíctese principalmente en dous aspectos: por unha banda, a potencia e a estabilidade da potencia e, por outra banda, a calidade do feixe e o tamaño do punto.

01 Potencia e estabilidade de potencia

O proceso de impresión 3D baséase principalmente no efecto térmico do láser. A intensidade do láser debe superar un certo limiar de enerxía para fundir o material. Polo tanto, préstase máis atención á potencia de saída media do láser e non é sensible ao modo de pulso do láser. Polo tanto, adoitan usarse láseres de fibra continua e a potencia distribúese aproximadamente entre 100 W e 1000 W.
Canto maior sexa o modelo e cantas máis capas haxa, maior será o tempo de impresión. A duración xeralmente vai desde unhas poucas horas ata ducias de horas. Polo tanto, impónse altos requisitos para o funcionamento estable a longo prazo do láser. Se a temperatura é demasiado alta, o po metálico pode queimarse demasiado e mesmo provocar que outras pezas formadas se volvan fundir; se a temperatura é demasiado baixa, o po metálico non se funde completamente, a forza de unión é insuficiente e a forma do compoñente formado pode non manterse. Polo tanto, a estabilidade de potencia do láser é crucial para a calidade da impresión.

02 Calidade do feixe e tamaño do punto

A calidade do feixe e o tamaño do punto son un dos parámetros clave que reflicten a precisión da impresión. A impresión 3D realízase mediante a dixitalización por feixe láser. Canto menor sexa o punto láser, maior será a precisión da dixitalización, maior será a resolución do modelo impreso e máis delicada será a superficie da peza impresa.
A calidade do feixe adoita caracterizarse por BPP ou M2. Canto máis preto estea M2 de 1, mellor será a calidade do feixe, máis concentrada será a enerxía láser e menor será o efecto da calor na área circundante; ao mesmo tempo, canto mellor sexa a calidade do feixe, menor será o ángulo de diverxencia correspondente e menor será o punto enfocado.

03 A exploración de GW Laser Tech e FASTFORM no campo da impresión 3D
GW Laser Tech, como líder mundial en láseres de fibra de alto brillo, tamén explorou activamente este campo de aplicación co auxe de Tecnoloxía de impresión 3De lanzou un láser de fibra continua monomodo de 500 W e 10 μm/14 μm para aplicacións de impresión 3D, dirixidas a dispositivos médicos, pezas de automóbiles, aeroespacial e outros campos.

Entre eles, os diferentes diámetros de núcleo de 10 μm e 14 μm determinan o tamaño do punto, que afecta principalmente á densidade de potencia do láser, é dicir, á cantidade de enerxía luminosa por unidade de área. Nas mesmas condicións de potencia, canto menor sexa o tamaño do punto, maior será a densidade de potencia do láser. Os puntos de alta densidade de potencia son axeitados para imprimir pos metálicos con altos puntos de fusión ou altas reflexións.

Vantaxes do produto:

➢ Deseño ultrafino e lixeiro, deseño de 19 polgadas e 1,5 U de altura, peso

➢ A estrutura do produto adopta un deseño pechado, orientado ao entorno de impresión 3D, o que mellora considerablemente a fiabilidade xeral do láser, o nivel de protección IP65 e pode funcionar continuamente en entornos agresivos como altas temperaturas, alta humidade e moito po.

➢ A potencia máxima é de 500 W, o que é suficiente para formar materiais metálicos comúns como aceiro inoxidable austenítico, aceiro inoxidable martensítico, aliaxe de titanio, aliaxe de alta temperatura a base de níquel, aliaxe de aluminio, aliaxe de magnesio, etc.

➢ Boa estabilidade de enerxía, flutuación por hora

➢ Boa calidade do feixe, M2

FASTFORM (FastForm) é unha empresa especializada na investigación e desenvolvemento de tecnoloxía e equipos de impresión 3D, e pode proporcionar servizos de prototipado rápido de primeira liña e solucións de apoio. Establecemos unha cooperación profunda con Guanghui Laser e no futuro realizaremos experimentos e investigacións de impresión 3D en pezas clave nos campos da aeroespacial, os modelos de automóbiles, a biomedicina, etc. Lanzamos produtos láser único FF-M140, modelos FF-M150 específicos para a ensinanza, modelos odontolóxicos con láser dual FF-M180D, modelos industriais con láser de alta potencia de 1000 W FF-M300H, modelos con láser dual FF-M500 e produtos láser de catro láseres FF-M800, e todos eles foron producidos en masa e admiten solucións de localización personalizadas. Desenvolvemos de forma independente FastLayer, un software de xeración de traxectorias e corte multiláser. O equipo é totalmente automático e non require supervisión.

Este produto ten as seguintes vantaxes significativas:

➢ Tecnoloxía de distribución de po bidireccional e de velocidade variable, alta taxa de utilización do po.

➢ Software desenvolvido de forma independente para completar o corte automático e a planificación de traxectorias cun só clic.

➢ Vén coa súa propia cámara, que pode realizar un control totalmente automático e un funcionamento desatendido de forma remota.

➢ O equipo adopta unha estrutura de soldadura integrada, que é moi estable e doada de instalar.

Estado actual e perspectivas de desenvolvemento da industria da impresión 3D
Na actualidade, a impresión 3D entrou na era da creación rápida de prototipos. Segundo as estatísticas do Instituto de Investigación da Industria Empresarial de China, a industria da maquinaria representou a maior proporción de campos de aplicación posteriores en 2021, alcanzando o 17,5 %, seguida da electrónica de consumo (16,6 %) e os automóbiles (16,1 %). Co rápido desenvolvemento da electrónica de consumo e da industria do automóbil, as áreas de aplicación da impresión 3D nestes dous campos ampliaranse aínda máis no futuro.

En termos de escala industrial, segundo a previsión de China Investment Network: a taxa de crecemento composta media anual da impresión 3D de 2021 a 2025 será de aproximadamente o 26,59 % e alcanzará os 70.100 millóns de yuans en 2025.

A impresión 3D abrangue tres aspectos: equipos, materiais e servizos, entre os cales os equipos de impresión representan a maior parte. Segundo os datos publicados polo CCID, a escala da industria chinesa de equipos de impresión 3D en 2020 foi de 9.254 millóns de yuans, o que representa a maior proporción.

Na actualidade, o prezo dos equipos de impresión 3D segue sendo relativamente alto. Por unha banda, débese ás patentes e monopolios estranxeiros. Por outra banda, débese a que a industria 3D do meu país comezou tarde, a demanda é pequena e o grao de autonomía é baixo. Coa mellora e o desenvolvemento da industria manufacturera de alta gama do meu país, o desenvolvemento da tecnoloxía e a redución de custos, a industria da impresión 3D do meu país mostrará unha tendencia de crecente localización no futuro. Unha estreita cooperación entre os fabricantes de equipos é crucial para promover o desenvolvemento a grande escala da tecnoloxía de impresión 3D.

Guanghui Laser non só se centra na investigación e innovación da tecnoloxía de produtos láser, senón que tamén continúa a explorar o campo da tecnoloxía de procesamento láser e comprométese a axudar aos clientes a resolver os problemas das súas aplicacións. Como fabricante nacional líder de equipos de impresión 3D, FASTFORM coñece todos os aspectos da impresión 3D e conta cun equipo de consultoría experimentado para ofrecer aos clientes produtos profesionais de alta gama no campo da impresión 3D. No futuro, Guanghui Laser colaborará con FASTFORM para promover a aplicación e o desenvolvemento da tecnoloxía de impresión 3D láser en China e axudar a mellorar a industria. Fonte: Guanghui Laser Autor: Enxeñeiro de aplicacións Gu Jiaxing