Մետաղի եռաչափ տպագրության մեջ մանրաթելային լազերի կիրառման ուսումնասիրություն

The Ադիվատիվ ՄանուՄետաղական նյութերի արտադրության (3D տպագրություն) գործընթացը մեծ պահանջարկ ունի ավիացիայի, ավիատիեզերական արդյունաբերության, նավիգացիայի, տրանսպորտային միջոցների, կաղապարների արտադրության, բժշկական սարքավորումների և այլնի ոլորտներում: Ներկայումս մետաղական հավելանյութերի արտադրության գործընթացում օգտագործվող ջերմային աղբյուրները ներառում են երեք բարձր էներգիայի ճառագայթներ՝ լազերային ճառագայթ, էլեկտրոնային ճառագայթ և միկրոճառագայթային պլազմա, ինչպես նաև սինթերային ջերմային մուտք: Դրանց թվում լազերային ճառագայթը մետաղական հավելանյութերի արտադրության ոլորտում ամենատարածված բարձր էներգիայի ճառագայթային ջերմային աղբյուրն է: Էլեկտրոնային ճառագայթի և միկրոճառագայթային պլազմային ջերմային աղբյուրների համեմատ, լազերային ճառագայթն ունի նուրբ կետային, ցածր գնով և կարող է ուղղորդվել նշված նյութի դիրքին: Այն կարող է ապահովել մետաղական նյութերի ակնթարթային հալեցում և բավարարել հալման ալիքների համընկնման և մասերի ձևավորման պահանջները:

Լազերային 3D տպագրության հիմնական սկզբունքները

Լազերային 3D տպագրության մեջ օգտագործվող լազերների թվում են մանրաթելային լազերները, կիսահաղորդչային լազերները, Nd:YAG լազերները և CO2 լազերները: Տարբեր նյութեր տարբեր կերպ են կլանում տարբեր ալիքի երկարության լազերները: Սովորաբար CO2 լազերներն օգտագործվում են պոլիմերներ տպելու համար, մինչդեռ մանրաթելային լազերները՝ մետաղական փոշիներ տպելու համար:

Ըստ տարբեր մշակման մեթոդների, լազերային հավելանյութերի արտադրությունը կարելի է բաժանել ընտրողական լազերային սինտերացման, ընտրողական լազերային հալման, մետաղի ուղղակի լազերային սինտերացման, լազերային փոշու նստեցման, մետաղի ուղղակի նստեցման և այլնի: Դրանց թվում ընտրողական լազերային հալեցումը (SLM) մետաղի լազերային 3D տպագրության ամենատարածված տեխնոլոգիաներից մեկն է:

Ընտրողական լազերային հալեցման (SLM) տպագրական սարքի հիմնական կառուցվածքը ներկայացված է նկարում: Տպելուց առաջ եռաչափ մոդելը պետք է շերտավորվի, ապա որոշվի սկանավորման հետագիծը: Առաջին քայլը աշխատանքային սեղանը քերիչով հավասարաչափ քերելն ու դրա վրա փոշու շերտ տարածելն է. երկրորդ քայլը փոշու այս շերտի վրա լազերով որոշակի հետագիծ սկանավորելն է՝ այն հալեցնելու և շերտ տպելու համար. երրորդ քայլը աշխատանքային սեղանը մեկ շերտով ներքև տեղափոխելն է, ապա վերը նշված գործողությունը կրկնելը՝ տպագրական շերտերը ներքևից վերև դարսելու համար, այդպիսով ձևավորելով տպագրվող եռաչափ մասը: Օքսիդացումը կանխելու համար աշխատանքային խցիկը պետք է դատարկվի և լցվի իներտ գազով ամբողջ գործընթացի ընթացքում:

Լազերների պահանջարկը լազերային 3D տպագրության մեջ
Լազերային 3D տպագրության մեջ լազերների պահանջարկը հիմնականում արտացոլվում է երկու ասպեկտով՝ մի կողմից՝ հզորություն և հզորության կայունություն, մյուս կողմից՝ ճառագայթի որակ և կետի չափս։

01 Հզորություն և հզորության կայունություն

3D տպագրության գործընթացը հիմնականում հիմնված է լազերի ջերմային ազդեցության վրա: Լազերի ինտենսիվությունը պետք է գերազանցի որոշակի էներգիայի շեմ՝ նյութը հալեցնելու համար: Հետևաբար, այն ավելի շատ ուշադրություն է դարձնում լազերի միջին ելքային հզորությանը և զգայուն չէ լազերի իմպուլսային ռեժիմի նկատմամբ: Հետևաբար, սովորաբար օգտագործվում են անընդհատ մանրաթելային լազերներ, և հզորությունը մոտավորապես բաշխվում է 100 Վտ-ից մինչև 1000 Վտ:
Որքան մեծ է մոդելը և որքան շատ շերտեր կան, այնքան երկար է տպագրության ժամանակը։ Տևողությունը սովորաբար մի քանի ժամից մինչև տասնյակ ժամ է։ Հետևաբար, լազերի երկարատև կայուն աշխատանքի վրա դրվում են բարձր պահանջներ։ Եթե ջերմաստիճանը չափազանց բարձր է, մետաղական փոշին կարող է գերայրվել և նույնիսկ հանգեցնել այլ ձևավորված մասերի վերահալման։ Եթե ջերմաստիճանը չափազանց ցածր է, մետաղական փոշին ամբողջությամբ չի հալվի, կպչուն ուժը բավարար չէ, և ձևավորված բաղադրիչի ձևը կարող է չպահպանվել։ Հետևաբար, լազերի հզորության կայունությունը կարևոր է տպագրության որակի համար։

02 Ճառագայթի որակը և կետի չափը

Ճառագայթի որակը և կետի չափը տպագրության ճշգրտությունը արտացոլող հիմնական պարամետրերից մեկն են: 3D տպագրությունը ձևավորվում է լազերային ճառագայթային սկանավորման միջոցով: Որքան փոքր է լազերային կետը, այնքան բարձր է սկանավորման ճշգրտությունը, այնքան բարձր է տպագիր մոդելի լուծաչափը և այնքան ավելի նուրբ է տպագիր մասի մակերեսը:
Ճառագայթի որակը սովորաբար բնութագրվում է BPP-ով կամ M2-ով։ Որքան մոտ է M2-ը 1-ին, այնքան լավ է ճառագայթի որակը, այնքան ավելի կենտրոնացված է լազերի էներգիան և այնքան փոքր է ջերմային ազդեցությունը շրջակա տարածքի վրա։ Միևնույն ժամանակ, որքան լավ է ճառագայթի որակը, այնքան փոքր է համապատասխան դիվերգենցիայի անկյունը, և այնքան փոքր կլինի ֆոկուսային կետը։

03 GW Laser Tech-ի և FASTFORM-ի ուսումնասիրությունները 3D տպագրության ոլորտում
GW Laser Tech-ը, որպես բարձր պայծառության մանրաթելային լազերների աշխարհի առաջատար, նույնպես ակտիվորեն ուսումնասիրել է այս կիրառման ոլորտը՝ 3D տպագրության տեխնոլոգիա, և թողարկեց 500 Վտ հզորությամբ միառժամանակ 10 մկմ/14 մկմ անընդհատ մանրաթելային լազեր՝ նախատեսված 3D տպագրության կիրառությունների համար, որոնք ուղղված են բժշկական սարքերի, ավտոմոբիլային մասերի, ավիատիեզերական և այլ ոլորտների վրա։

Դրանց մեջ, 10 մկմ և 14 մկմ տարբեր միջուկի տրամագծերը որոշում են բծի չափը, որը հիմնականում ազդում է լազերի հզորության խտության վրա, այսինքն՝ մեկ միավոր մակերեսի վրա լույսի էներգիայի քանակի վրա: Նույն հզորության պայմաններում, որքան փոքր է բծի չափը, այնքան մեծ է լազերի հզորության խտությունը: Բարձր հզորության խտության բծերը հարմար են բարձր հալման կետերով կամ բարձր անդրադարձումներով մետաղական փոշիներ տպելու համար:

Արտադրանքի առավելությունները՝

➢ Գերբարակ և թեթև դիզայն, 19 դյույմ 1.5U բարձրությամբ դիզայն,

➢ Արտադրանքի կառուցվածքն ունի փակ դիզայն, որը նախատեսված է 3D տպագրության համար, ինչը զգալիորեն բարելավում է լազերի ընդհանուր հուսալիությունը, IP65 պաշտպանության մակարդակը և կարող է անընդհատ աշխատել կոշտ միջավայրերում, ինչպիսիք են բարձր ջերմաստիճանը, բարձր խոնավությունը և փոշու բարձր պարունակությունը։

➢ Առավելագույն հզորությունը 500 Վտ է, որը բավարար է այնպիսի տարածված մետաղական նյութեր ձևավորելու համար, ինչպիսիք են աուստենիտային չժանգոտվող պողպատը, մարտենսիտային չժանգոտվող պողպատը, տիտանի համաձուլվածքը, նիկելի վրա հիմնված բարձր ջերմաստիճանային համաձուլվածքը, ալյումինի համաձուլվածքը, մագնեզիումի համաձուլվածքը և այլն։

➢ Լավ հզորության կայունություն, ժամային տատանում

➢ Լավ ճառագայթի որակ, M2

FASTFORM-ը (FastForm) ընկերություն է, որը մասնագիտանում է 3D տպագրության տեխնոլոգիաների և սարքավորումների հետազոտման և մշակման մեջ և կարող է ապահովել արագ նախատիպերի ստեղծման առաջատար ծառայություններ և օժանդակ լուծումներ: Մենք խորը համագործակցություն ենք հաստատել Guanghui Laser-ի հետ և ապագայում կիրականացնենք 3D տպագրության փորձարկումներ և հետազոտություններ ավիատիեզերական, ավտոմոբիլային մոդելների, կենսաբժշկության և այլն ոլորտների հիմնական մասերի վերաբերյալ: Մենք թողարկել ենք FF-M140 մեկ լազերային արտադրանք, FF-M150 ուսուցման համար նախատեսված մոդելներ, FF-M180D կրկնակի լազերային ատամնաբուժական համար նախատեսված մոդելներ, FF-M300H 1000W բարձր հզորության լազերային արդյունաբերական մոդելներ, FF-M500 կրկնակի լազերային մոդելներ և FF-M800 չորս լազերային արտադրանք, և դրանք բոլորը մասսայաբար արտադրվել են և աջակցում են անհատականացված տեղայնացման լուծումներ: Մենք անկախ մշակել ենք FastLayer-ը՝ բազմալազերային կտրման և ուղիների ստեղծման ծրագիր: Սարքավորումը լիովին ավտոմատ է և անվերահսկելի:

Այս ապրանքը ունի հետևյալ նշանակալի առավելությունները.

➢ Երկկողմանի և փոփոխական արագությամբ փոշու տարածման տեխնոլոգիա, փոշու բարձր օգտագործման մակարդակ։

➢ Անկախ մշակված ծրագրակազմ՝ մեկ սեղմումով ավտոմատ կտրում և ճանապարհի պլանավորում իրականացնելու համար։

➢ Գալիս է իր սեփական տեսախցիկով, որը կարող է իրականացնել լիովին ավտոմատ կառավարում և հեռակառավարվող աշխատանք առանց հսկողության։

➢ Սարքավորումն ունի ինտեգրված եռակցման կառուցվածք, որը բարձր կայունություն ունի և հեշտ է տեղադրել։

3D տպագրության արդյունաբերության ներկայիս վիճակը և զարգացման հեռանկարները
Ներկայումս եռաչափ տպագրությունը մտել է արագ նախատիպերի ստեղծման դարաշրջան։ Չինաստանի բիզնես արդյունաբերության հետազոտությունների ինստիտուտի վիճակագրության համաձայն՝ մեքենաշինության ոլորտը 2021 թվականին կազմել է վերամշակման ոլորտի ամենամեծ մասնաբաժին՝ հասնելով 17.5%-ի, որին հաջորդում են սպառողական էլեկտրոնիկան (16.6%) և ավտոմեքենաները (16.1%)։ Սպառողական էլեկտրոնիկայի և ավտոմոբիլային արդյունաբերության արագ զարգացման հետ մեկտեղ, այս երկու ոլորտներում եռաչափ տպագրության կիրառման ոլորտները ապագայում էլ ավելի կընդլայնվեն։

Արդյունաբերության մասշտաբի առումով, ըստ Չինաստանի ներդրումային ցանցի կանխատեսման՝ 2021-ից 2025 թվականներին 3D տպագրության միջին տարեկան աճի տեմպը կկազմի մոտ 26.59%, իսկ 2025 թվականին կհասնի 70.1 միլիարդ յուանի։

3D տպագրությունը ընդգրկում է երեք ասպեկտ՝ սարքավորումներ, նյութեր և ծառայություններ, որոնց թվում տպագրական սարքավորումները կազմում են ամենամեծ բաժինը։ CCID-ի հրապարակած տվյալների համաձայն՝ Չինաստանի 3D տպագրական սարքավորումների արդյունաբերության մասշտաբը 2020 թվականին կազմել է 9.254 միլիարդ յուան՝ կազմելով ամենամեծ մասը։

Ներկայումս 3D տպագրության սարքավորումների գինը դեռևս համեմատաբար բարձր է։ Մի կողմից, դա պայմանավորված է օտարերկրյա արտոնագրերով և մենաշնորհներով։ Մյուս կողմից, դա պայմանավորված է նրանով, որ իմ երկրի 3D արդյունաբերությունը ուշ է սկսվել, պահանջարկը փոքր է, իսկ ինքնավարության աստիճանը՝ ցածր։ Իմ երկրի բարձրակարգ արտադրական արդյունաբերության արդիականացման և զարգացման, տեխնոլոգիաների զարգացման և ծախսերի կրճատման հետ մեկտեղ, իմ երկրի 3D տպագրության արդյունաբերությունը ապագայում կցուցաբերի տեղայնացման աճի միտում։ Սարքավորումների արտադրողների միջև սերտ համագործակցությունը կարևոր է 3D տպագրության տեխնոլոգիայի լայնածավալ զարգացումը խթանելու համար։

Guanghui Laser-ը ոչ միայն կենտրոնանում է լազերային արտադրանքի տեխնոլոգիայի հետազոտությունների և նորարարության վրա, այլև շարունակում է ուսումնասիրել լազերային մշակման տեխնոլոգիայի ոլորտում և հանձնառու է օգնել հաճախորդներին լուծել կիրառման խնդիրները: Որպես առաջատար տեղական 3D տպագրության սարքավորումների արտադրող՝ FASTFORM-ը ծանոթ է 3D տպագրության բոլոր ասպեկտներին և ունի փորձառու խորհրդատվական թիմ՝ հաճախորդներին 3D տպագրության ոլորտում պրոֆեսիոնալ, բարձրակարգ արտադրանք տրամադրելու համար: Ապագայում Guanghui Laser-ը կհամագործակցի FASTFORM-ի հետ՝ Չինաստանում լազերային 3D տպագրության տեխնոլոգիայի կիրառումն ու զարգացումը խթանելու և արդյունաբերությունը արդիականացնելու համար: Աղբյուր՝ Guanghui Laser Հեղինակ՝ կիրառման ինժեներ Գու Ցզյասին