Eksplorasi penerapan laser serat optik dalam pencetakan 3D logam.

Itu Produsen AditifProses manufaktur aditif (pencetakan 3D) material logam sangat dibutuhkan di bidang penerbangan, kedirgantaraan, navigasi, kendaraan, pembuatan cetakan, peralatan medis, dan lain-lain. Saat ini, sumber panas yang digunakan dalam proses manufaktur aditif logam meliputi tiga jenis sinar berenergi tinggi, yaitu sinar laser, sinar elektron, dan plasma mikro-sinar, serta masukan panas sintering. Di antara ketiganya, sinar laser adalah sumber panas sinar berenergi tinggi yang paling banyak digunakan di bidang manufaktur aditif logam. Dibandingkan dengan sumber panas sinar elektron dan plasma mikro-sinar, sinar laser memiliki keunggulan berupa titik fokus yang halus, biaya rendah, dan dapat diarahkan ke posisi material yang ditentukan. Sinar laser dapat mencapai peleburan material logam secara instan dan memenuhi persyaratan tumpang tindih saluran leleh dan pembentukan bagian.

Prinsip dasar pencetakan 3D laser

Laser yang digunakan dalam pencetakan 3D laser meliputi laser serat optik, laser semikonduktor, laser Nd:YAG, dan laser CO2. Material yang berbeda menyerap laser dengan panjang gelombang yang berbeda secara berbeda pula. Biasanya, laser CO2 digunakan untuk mencetak polimer, sedangkan laser serat optik digunakan untuk mencetak bubuk logam.

Berdasarkan metode pemrosesan yang berbeda, manufaktur aditif laser dapat dibagi menjadi selective laser sintering, selective laser melting, direct metal laser sintering, laser powder deposition, direct metal deposition, dan lain-lain. Di antara metode tersebut, selective laser melting (SLM) adalah salah satu teknologi pencetakan 3D laser logam yang paling banyak digunakan.

Struktur dasar perangkat pencetakan peleburan laser selektif (SLM) ditunjukkan pada gambar. Sebelum mencetak, model 3D harus dilapis dan kemudian lintasan pemindaian harus ditentukan. Langkah pertama adalah mengikis permukaan meja kerja secara merata dengan pengikis dan menyebarkan lapisan bubuk di atasnya; langkah kedua adalah memindai lintasan tertentu pada lapisan bubuk ini dengan laser untuk melelehkannya dan mencetak lapisan; langkah ketiga adalah menggeser meja kerja ke bawah satu lapisan, dan kemudian mengulangi operasi di atas untuk menumpuk lapisan cetak dari bawah ke atas, sehingga membentuk bagian 3D yang akan dicetak. Untuk mencegah oksidasi, ruang kerja harus dikosongkan dan diisi dengan gas inert selama seluruh proses.

Permintaan akan laser dalam pencetakan 3D laser
Permintaan akan laser dalam pencetakan 3D laser terutama tercermin dalam dua aspek: di satu sisi, daya dan stabilitas daya, dan di sisi lain, kualitas pancaran dan ukuran titik.

01 Daya dan stabilitas daya

Proses pencetakan 3D terutama bergantung pada efek termal laser. Intensitas laser harus melebihi ambang energi tertentu untuk melelehkan material. Oleh karena itu, lebih diperhatikan daya keluaran rata-rata laser dan tidak sensitif terhadap mode pulsa laser. Karena itu, laser serat kontinu biasanya digunakan, dan dayanya kira-kira berkisar antara 100W hingga 1000W.
Semakin besar model dan semakin banyak lapisan, semakin lama waktu pencetakannya. Durasi umumnya berkisar dari beberapa jam hingga puluhan jam. Oleh karena itu, persyaratan tinggi ditempatkan pada pengoperasian laser yang stabil dalam jangka panjang. Jika suhu terlalu tinggi, bubuk logam dapat terbakar berlebihan dan bahkan menyebabkan bagian yang terbentuk lainnya meleleh kembali; jika suhu terlalu rendah, bubuk logam tidak sepenuhnya meleleh, daya rekat tidak mencukupi, dan bentuk komponen yang terbentuk mungkin tidak terjaga. Oleh karena itu, stabilitas daya laser sangat penting untuk kualitas pencetakan.

02 Kualitas pancaran dan ukuran titik

Kualitas pancaran dan ukuran titik merupakan salah satu parameter kunci yang mencerminkan akurasi pencetakan. Pencetakan 3D dibentuk oleh pemindaian pancaran laser. Semakin kecil titik laser, semakin tinggi akurasi pemindaian, semakin tinggi resolusi model yang dicetak, dan semakin halus permukaan bagian yang dicetak.
Kualitas berkas biasanya ditandai dengan BPP atau M2. Semakin dekat M2 ke 1, semakin baik kualitas berkas, semakin terkonsentrasi energi laser, dan semakin kecil efek panas pada area sekitarnya; pada saat yang sama, semakin baik kualitas berkas, semakin kecil sudut divergensi yang sesuai, dan semakin kecil titik fokusnya.

03 Eksplorasi GW Laser Tech dan FASTFORM di bidang pencetakan 3D
GW Laser Tech, sebagai pemimpin dunia dalam laser serat berdaya tinggi, juga secara aktif mengeksplorasi bidang aplikasi ini seiring dengan meningkatnya Teknologi Pencetakan 3D, dan meluncurkan laser serat kontinu mode tunggal 500W 10μm/14μm untuk aplikasi pencetakan 3D, yang menargetkan perangkat medis, suku cadang otomotif, kedirgantaraan, dan bidang lainnya.

Di antara keduanya, diameter inti yang berbeda yaitu 10μm dan 14μm menentukan ukuran titik, yang terutama memengaruhi kepadatan daya laser, yaitu jumlah energi cahaya per satuan luas. Dalam kondisi daya yang sama, semakin kecil ukuran titik, semakin besar kepadatan daya laser. Titik dengan kepadatan daya tinggi cocok untuk mencetak bubuk logam dengan titik leleh tinggi atau refleksi tinggi.

Keunggulan produk:

➢ Desain ultra tipis dan ringan, desain tinggi 1.5U 19 inci, berat

➢ Struktur produk mengadopsi desain tertutup, ditujukan untuk lingkungan pencetakan 3D, sangat meningkatkan keandalan laser secara keseluruhan, tingkat perlindungan IP65, dan dapat beroperasi terus menerus di lingkungan yang keras seperti suhu tinggi, kelembaban tinggi, dan debu tinggi.

➢ Daya maksimumnya adalah 500W, yang cukup untuk membentuk material logam umum seperti baja tahan karat austenitik, baja tahan karat martensitik, paduan titanium, paduan suhu tinggi berbasis nikel, paduan aluminium, paduan magnesium, dll.

➢ Stabilitas daya yang baik, fluktuasi per jam

➢ Kualitas pancaran yang baik, M2

FASTFORM (FastForm) adalah perusahaan yang mengkhususkan diri dalam penelitian dan pengembangan teknologi dan peralatan pencetakan 3D, dan dapat menyediakan layanan prototipe cepat dan solusi pendukung terbaik. Kami telah menjalin kerja sama yang mendalam dengan Guanghui Laser, dan akan melakukan eksperimen dan penelitian pencetakan 3D pada bagian-bagian penting di bidang kedirgantaraan, model otomotif, biomedis, dll. di masa mendatang. Kami telah meluncurkan produk laser tunggal FF-M140, model khusus pengajaran FF-M150, model khusus gigi laser ganda FF-M180D, model industri laser daya tinggi 1000W FF-M300H, model laser ganda FF-M500, dan produk empat laser FF-M800, dan semuanya telah diproduksi massal dan mendukung solusi lokalisasi yang disesuaikan. Kami secara independen mengembangkan FastLayer, perangkat lunak pemotongan multi-laser dan pembuatan jalur. Peralatan ini sepenuhnya otomatis dan tanpa pengawasan.

Produk ini memiliki keunggulan signifikan sebagai berikut:

➢ Teknologi penyebaran bubuk dua arah dan kecepatan variabel, tingkat pemanfaatan bubuk yang tinggi.

➢ Perangkat lunak yang dikembangkan secara independen untuk menyelesaikan pemotongan otomatis dan perencanaan jalur hanya dengan satu klik.

➢ Dilengkapi dengan kamera sendiri, yang dapat mewujudkan kontrol otomatis sepenuhnya dan pengoperasian tanpa pengawasan dari jarak jauh.

➢ Peralatan ini mengadopsi struktur pengelasan terintegrasi, yang sangat stabil dan mudah dipasang.

Status terkini dan prospek pengembangan industri pencetakan 3D
Saat ini, pencetakan 3D telah memasuki era pembuatan prototipe cepat. Menurut statistik dari Institut Penelitian Industri Bisnis China, industri permesinan menyumbang proporsi terbesar dari bidang aplikasi hilir pada tahun 2021, mencapai 17,5%, diikuti oleh elektronik konsumen (16,6%) dan otomotif (16,1%). Dengan perkembangan pesat industri elektronik konsumen dan otomotif, area aplikasi pencetakan 3D di kedua bidang ini akan semakin meluas di masa mendatang.

Dari segi skala industri, menurut perkiraan China Investment Network: tingkat pertumbuhan majemuk tahunan rata-rata pencetakan 3D dari tahun 2021 hingga 2025 akan sekitar 26,59%, dan akan mencapai 70,1 miliar yuan pada tahun 2025.

Pencetakan 3D mencakup tiga aspek: peralatan, material, dan layanan, di mana peralatan pencetakan menyumbang bagian terbesar. Menurut data yang dirilis oleh CCID, skala industri peralatan pencetakan 3D Tiongkok pada tahun 2020 adalah 9,254 miliar yuan, yang menyumbang proporsi terbesar.

Saat ini, harga peralatan pencetakan 3D masih relatif tinggi. Di satu sisi, hal ini disebabkan oleh paten dan monopoli asing. Di sisi lain, hal ini karena industri 3D di negara kita dimulai terlambat, permintaannya kecil, dan tingkat otonominya rendah. Dengan peningkatan dan pengembangan industri manufaktur kelas atas di negara kita, perkembangan teknologi dan pengurangan biaya, industri pencetakan 3D di negara kita akan menunjukkan tren peningkatan lokalisasi di masa depan. Kerja sama yang erat antara produsen peralatan sangat penting untuk mendorong pengembangan teknologi pencetakan 3D dalam skala besar.

Guanghui Laser tidak hanya fokus pada penelitian dan inovasi teknologi produk laser, tetapi juga terus mengeksplorasi bidang teknologi pemrosesan laser, dan berkomitmen untuk membantu pelanggan memecahkan masalah aplikasi. Sebagai produsen peralatan pencetakan 3D terkemuka di dalam negeri, FASTFORM memahami semua aspek pencetakan 3D dan memiliki tim konsultan berpengalaman untuk menyediakan produk-produk kelas atas profesional di bidang pencetakan 3D kepada pelanggan. Di masa mendatang, Guanghui Laser akan bekerja sama dengan FASTFORM untuk mempromosikan aplikasi dan pengembangan teknologi pencetakan 3D laser di Tiongkok dan membantu meningkatkan industri ini. Sumber: Guanghui Laser Penulis: Insinyur Aplikasi Gu Jiaxing