A szálas lézer alkalmazásának vizsgálata a fém 3D nyomtatásban

A Adalékanyag ManuA fémanyagok gyártási (3D nyomtatási) folyamata nagy keresletet mutat a repülés, a repülőgépipar, a navigáció, a járművek, a formagyártás, az orvosi berendezések stb. területén. Jelenleg a fém additív gyártási folyamatban használt hőforrások három nagy energiájú nyalábot tartalmaznak, nevezetesen lézersugarat, elektronsugarat és mikrosugaras plazmát, valamint szinterezési hőbevitelt. Ezek közül a lézersugár a legszélesebb körben használt nagy energiájú nyaláb hőforrás a fém additív gyártás területén. Az elektronsugaras és a mikrosugaras plazma hőforrásokkal összehasonlítva a lézersugár előnyei a finompont, az alacsony költség, és az anyag meghatározott pozíciójába irányítható. Azonnal megolvaszthatja a fémanyagokat, és megfelel az olvadékcsatorna átfedésének és az alkatrészalakítás követelményeinek.

A lézeres 3D nyomtatás alapelvei

A lézeres 3D nyomtatásban használt lézerek közé tartoznak a szálas lézerek, a félvezető lézerek, az Nd:YAG lézerek és a CO2 lézerek. A különböző anyagok eltérő módon nyelik el a különböző hullámhosszú lézereket. Általában a CO2 lézereket polimerek nyomtatására használják, míg a szálas lézereket fémporok nyomtatására.

A különböző feldolgozási módszerek szerint a lézeres additív gyártás szelektív lézeres szinterezésre, szelektív lézeres olvasztásra, közvetlen fémlézeres szinterezésre, lézeres porleválasztásra, közvetlen fémleválasztásra stb. osztható. Ezek közül a szelektív lézeres olvasztás (SLM) az egyik legszélesebb körben használt fémlézeres 3D nyomtatási technológia.

A szelektív lézeres olvasztásos (SLM) nyomtatóberendezés alapvető felépítése az ábrán látható. Nyomtatás előtt a 3D modellt rétegezni kell, majd meg kell határozni a szkennelési pályát. Az első lépés a munkapad egyenletes lekaparása egy kaparóval, és egy réteg por elterítése rajta; a második lépés a porréteg lézerrel történő meghatározott pálya beolvasása a megolvasztáshoz és egy réteg nyomtatásához; a harmadik lépés a munkapad egy réteggel lejjebb mozgatása, majd a fenti művelet megismétlése a nyomtatási rétegek alulról felfelé történő egymásra rakásához, így kialakítva a nyomtatandó 3D alkatrészt. Az oxidáció elkerülése érdekében a munkateret a teljes folyamat során evakuálni és inert gázzal feltölteni kell.

A lézerek iránti kereslet a lézeres 3D nyomtatásban
A lézeres 3D nyomtatásban a lézerek iránti kereslet főként két aspektusban tükröződik: egyrészt a teljesítményben és a teljesítménystabilitásban, másrészt a nyaláb minőségében és a foltméretben.

01 Teljesítmény és teljesítménystabilitás

A 3D nyomtatási folyamat főként a lézer hőhatására támaszkodik. A lézer intenzitásának meg kell haladnia egy bizonyos energiaküszöböt az anyag megolvasztásához. Ezért nagyobb figyelmet fordít a lézer átlagos kimeneti teljesítményére, és nem érzékeny a lézer impulzus üzemmódjára. Ezért általában folyamatos száloptikás lézereket használnak, amelyek teljesítménye nagyjából 100 W és 1000 W között oszlik el.
Minél nagyobb a modell és minél több rétegből áll, annál hosszabb a nyomtatási idő. Az időtartam általában néhány órától több tucat óráig terjed. Ezért magas követelményeket támasztanak a lézer hosszú távú, stabil működésével szemben. Ha a hőmérséklet túl magas, a fémpor túléghet, és akár más formázott alkatrészek újraolvadását is okozhatja; ha a hőmérséklet túl alacsony, a fémpor nem olvad meg teljesen, a kötési erő nem elegendő, és a formázott alkatrész alakja nem maradhat meg. Ezért a lézer teljesítménystabilitásának kulcsfontosságú szerepe van a nyomtatási minőségben.

02 Sugárnyalat minősége és foltméret

A nyaláb minősége és a foltméret a nyomtatási pontosságot tükröző kulcsfontosságú paraméterek egyike. A 3D nyomtatás lézernyalábos szkenneléssel történik. Minél kisebb a lézerfolt, annál nagyobb a szkennelési pontosság, annál nagyobb a nyomtatott modell felbontása, és annál finomabb a nyomtatott alkatrész felülete.
A nyaláb minőségét általában a BPP vagy az M2 jellemzi. Minél közelebb van az M2 1-hez, annál jobb a nyaláb minősége, annál koncentráltabb a lézerenergia, és annál kisebb a hőhatás a környező területre; ugyanakkor minél jobb a nyaláb minősége, annál kisebb a megfelelő divergencia szög, és annál kisebb lesz a fókuszált folt.

A 03 GW Laser Tech és a FASTFORM felfedezései a 3D nyomtatás területén
A GW Laser Tech, mint a nagy fényerejű száloptikás lézerek világelső gyártója, a ... térnyerésével aktívan kutatta ezt az alkalmazási területet is. 3D nyomtatási technológia, és piacra dobott egy 500 W-os, egymódusú, 10 μm/14 μm folyamatos szálas lézert 3D nyomtatási alkalmazásokhoz, orvostechnikai eszközök, autóipari alkatrészek, repülőgépipar és egyéb területek számára.

Ezek közül a 10 μm és 14 μm közötti eltérő magátmérők határozzák meg a foltméretet, ami főként a lézer teljesítménysűrűségét, azaz a területegységre jutó fényenergia mennyiségét befolyásolja. Azonos teljesítményviszonyok mellett minél kisebb a foltméret, annál nagyobb a lézer teljesítménysűrűsége. A nagy teljesítménysűrűségű foltok alkalmasak magas olvadáspontú vagy nagy visszaverődésű fémporok nyomtatására.

Termék előnyei:

➢ Ultravékony és könnyű kialakítás, 19 hüvelykes, 1,5U magas,

➢ A termék szerkezete zárt kialakítású, amely a 3D nyomtatási környezetre irányul, jelentősen javítva a lézer általános megbízhatóságát, IP65 védelmi szintet biztosít, és folyamatosan képes működni zord környezetben, például magas hőmérsékleten, magas páratartalomban és nagy portartalomban.

➢ A maximális teljesítmény 500 W, ami elegendő olyan közönséges fémanyagok megmunkálásához, mint az ausztenites rozsdamentes acél, martenzites rozsdamentes acél, titánötvözet, nikkel alapú magas hőmérsékletű ötvözet, alumíniumötvözet, magnéziumötvözet stb.

➢ Jó teljesítménystabilitás, óránkénti ingadozás

➢ Jó nyalábminőség, M2

A FASTFORM (FastForm) egy 3D nyomtatási technológia és berendezések kutatására és fejlesztésére szakosodott vállalat, amely a legkiválóbb gyors prototípus-készítési szolgáltatásokat és támogató megoldásokat kínálja. Mélyreható együttműködést alakítottunk ki a Guanghui Laserrel, és a jövőben 3D nyomtatási kísérleteket és kutatásokat fogunk végezni kulcsfontosságú alkatrészeken a repülőgépipar, az autómodellek, a biomedicina stb. területén. Piaci forgalomba hoztunk FF-M140 egylézeres termékeket, FF-M150 oktatás-specifikus modelleket, FF-M180D kétlézeres fogászati ​​modelleket, FF-M300H 1000 W-os nagy teljesítményű lézeres ipari modelleket, FF-M500 kétlézeres modelleket és FF-M800 négylézeres termékeket, és mindegyiket tömeggyártásban gyártottuk, és támogatják az egyedi lokalizációs megoldásokat. Függetlenül fejlesztettük ki a FastLayer-t, egy többlézeres szeletelő és útvonalgeneráló szoftvert. A berendezés teljesen automatikus és felügyelet nélküli.

Ez a termék a következő jelentős előnyökkel rendelkezik:

➢ Kétirányú és változtatható sebességű porszórási technológia, magas porfelhasználási arány.

➢ Függetlenül fejlesztett szoftver az automatikus szeletelés és útvonaltervezés egyetlen kattintással történő elvégzéséhez.

➢ Saját kamerával rendelkezik, amely teljesen automatikus vezérlést és felügyelet nélküli távoli működtetést tesz lehetővé.

➢ A berendezés integrált hegesztőszerkezettel rendelkezik, amely rendkívül stabil és könnyen telepíthető.

A 3D nyomtatási ipar jelenlegi helyzete és fejlődési kilátásai
A 3D nyomtatás jelenleg a gyors prototípusgyártás korszakába lépett. A Kínai Üzleti Ipari Kutatóintézet statisztikái szerint a gépipar tette ki a downstream alkalmazási területek legnagyobb részét 2021-ben, elérve a 17,5%-ot, ezt követi a szórakoztató elektronika (16,6%) és az autóipar (16,1%). A szórakoztató elektronika és az autóipar gyors fejlődésével a 3D nyomtatás alkalmazási területei e két területen a jövőben tovább bővülnek.

Az iparági lépték tekintetében a China Investment Network előrejelzése szerint: a 3D nyomtatás átlagos éves összetett növekedési üteme 2021 és 2025 között körülbelül 26,59% lesz, és 2025-re eléri a 70,1 milliárd jüant.

A 3D nyomtatás három aspektust ölel fel: berendezéseket, anyagokat és szolgáltatásokat, amelyek közül a nyomtatóberendezések teszik ki a legnagyobb részesedést. A CCID által közzétett adatok szerint Kína 3D nyomtatási berendezésiparának mérete 2020-ban 9,254 milliárd jüan volt, ami a legnagyobb arányt képviseli.

Jelenleg a 3D nyomtatási berendezések ára még mindig viszonylag magas. Egyrészt ez a külföldi szabadalmaknak és monopóliumoknak köszönhető. Másrészt pedig annak, hogy hazám 3D ipara későn indult be, a kereslet kicsi, és az autonómia mértéke alacsony. Hazám csúcskategóriás gyártóiparának korszerűsítésével és fejlesztésével, a technológia fejlődésével és a költségek csökkentésével hazám 3D nyomtatási ipara a jövőben a lokalizáció fokozódásának tendenciáját fogja mutatni. A berendezésgyártók közötti szoros együttműködés kulcsfontosságú a 3D nyomtatási technológia nagyszabású fejlesztésének előmozdításához.

A Guanghui Laser nemcsak a lézertermék-technológia kutatására és innovációjára összpontosít, hanem folyamatosan kutat a lézeres megmunkálási technológia területén is, és elkötelezett az ügyfelek alkalmazási problémáinak megoldásában való segítségnyújtás iránt. Vezető hazai 3D nyomtatási berendezések gyártójaként a FASTFORM ismeri a 3D nyomtatás minden aspektusát, és tapasztalt tanácsadó csapattal rendelkezik, hogy professzionális, csúcskategóriás termékeket biztosítson az ügyfeleknek a 3D nyomtatás területén. A jövőben a Guanghui Laser együttműködik majd a FASTFORM-mal a lézeres 3D nyomtatási technológia alkalmazásának és fejlesztésének előmozdítása és az iparág korszerűsítése érdekében. Forrás: Guanghui Laser Szerző: Gu Jiaxing alkalmazásmérnök