Металл 3D басып шығаруда талшықты лазерді қолдануды зерттеу

The Қоспалы мануМеталл материалдарын жасау (3D басып шығару) процесі авиация, аэроғарыш, навигация, көлік құралдары, қалып өндірісі, медициналық жабдықтар және т.б. салаларда үлкен сұранысқа ие. Қазіргі уақытта металл қоспаларын өндіру процесінде қолданылатын жылу көздеріне үш жоғары энергиялы сәуле, атап айтқанда лазер сәулесі, электронды сәуле және микросәулелік плазма, сондай-ақ күйдіру жылуының кірісі кіреді. Олардың ішінде лазер сәулесі металл қоспаларын өндіру саласында ең көп қолданылатын жоғары энергиялы сәулелік жылу көзі болып табылады. Электронды сәуле және микросәулелік плазмалық жылу көздерімен салыстырғанда, лазер сәулесінің ұсақ нүктелі, арзан және көрсетілген материалдық позицияға бағытталуы сияқты артықшылықтары бар. Ол металл материалдарының лезде балқуына қол жеткізе алады және балқыту арналарының қабаттасуы мен бөлшектерді қалыптастыру талаптарына сай келеді.

Лазерлік 3D басып шығарудың негізгі принциптері

Лазерлік 3D басып шығаруда қолданылатын лазерлерге талшықты лазерлер, жартылай өткізгіш лазерлер, Nd:YAG лазерлері және CO2 лазерлері жатады. Әр түрлі материалдар әртүрлі толқын ұзындықтарындағы лазерлерді әртүрлі сіңіреді. Әдетте, CO2 лазерлері полимерлерді басып шығару үшін, ал талшықты лазерлер металл ұнтақтарын басып шығару үшін қолданылады.

Әртүрлі өңдеу әдістеріне сәйкес, лазерлік қоспа өндірісін селективті лазерлік күйдіру, селективті лазерлік балқыту, тікелей металл лазерлік күйдіру, лазерлік ұнтақ тұндыру, тікелей металл тұндыру және т.б. деп бөлуге болады. Олардың ішінде селективті лазерлік балқыту (SLM) ең кең таралған металл лазерлік 3D басып шығару технологияларының бірі болып табылады.

Селективті лазерлік балқыту (SLM) басып шығару құрылғысының негізгі құрылымы суретте көрсетілген. Басып шығармас бұрын, 3D моделін қабаттап, содан кейін сканерлеу траекториясын анықтау керек. Бірінші қадам - ​​жұмыс үстелін қырғышпен біркелкі қырып, оған ұнтақ қабатын жағу; екінші қадам - ​​​​ұнтақ қабатындағы белгілі бір траекторияны лазермен сканерлеп, оны балқытып, қабат басып шығару; үшінші қадам - ​​жұмыс үстелін бір қабатқа төмен жылжыту, содан кейін басып шығару қабаттарын төменнен жоғары қарай қабаттап, осылайша басып шығарылатын 3D бөлігін қалыптастыру үшін жоғарыдағы әрекетті қайталау. Тотығудың алдын алу үшін бүкіл процесс барысында жұмыс камерасын босатып, инертті газбен толтыру керек.

Лазерлік 3D басып шығарудағы лазерлерге деген сұраныс
Лазерлік 3D басып шығарудағы лазерлерге деген сұраныс негізінен екі аспектіде көрінеді: бір жағынан, қуат және қуат тұрақтылығы, ал екінші жағынан, сәуле сапасы және нүкте өлшемі.

01 Қуат және қуат тұрақтылығы

3D басып шығару процесі негізінен лазердің жылулық әсеріне негізделген. Материалды балқыту үшін лазердің қарқындылығы белгілі бір энергия шегінен асуы керек. Сондықтан ол лазердің орташа шығыс қуатына көбірек назар аударады және лазердің импульстік режиміне сезімтал емес. Сондықтан әдетте үздіксіз талшықты лазерлер қолданылады, ал қуат шамамен 100 Вт және 1000 Вт аралығында бөлінеді.
Модель неғұрлым үлкен болса және қабаттар неғұрлым көп болса, басып шығару уақыты соғұрлым ұзақ болады. Ұзақтығы әдетте бірнеше сағаттан ондаған сағатқа дейін. Сондықтан лазердің ұзақ мерзімді тұрақты жұмысына жоғары талаптар қойылады. Егер температура тым жоғары болса, металл ұнтағы қатты күйіп кетуі мүмкін және тіпті басқа пішінделген бөлшектердің қайта балқуына әкелуі мүмкін; егер температура тым төмен болса, металл ұнтағы толығымен ерімейді, байланыс күші жеткіліксіз болады және пішінделген компоненттің пішіні сақталмауы мүмкін. Сондықтан, лазердің қуат тұрақтылығы басып шығару сапасы үшін өте маңызды.

02 Сәуле сапасы және нүкте өлшемі

Сәуле сапасы мен дақ өлшемі басып шығару дәлдігін көрсететін негізгі параметрлердің бірі болып табылады. 3D басып шығару лазерлік сәулемен сканерлеу арқылы қалыптасады. Лазерлік дақ неғұрлым кіші болса, сканерлеу дәлдігі соғұрлым жоғары болады, басылған модельдің ажыратымдылығы соғұрлым жоғары болады және басылған бөлшектің беті соғұрлым нәзік болады.
Сәуле сапасы әдетте BPP немесе M2 арқылы сипатталады. M2 1-ге неғұрлым жақын болса, сәуле сапасы соғұрлым жақсы болады, лазер энергиясы соғұрлым шоғырланған және айналадағы аймаққа жылу әсері аз болады; сонымен бірге сәуле сапасы неғұрлым жақсы болса, сәйкес дивергенция бұрышы соғұрлым аз болады және фокусталған нүкте соғұрлым кіші болады.

03 GW Laser Tech және FASTFORM компанияларының 3D басып шығару саласындағы зерттеулері
GW Laser Tech, жоғары жарықтықты талшықты лазерлер саласындағы әлемдік көшбасшы ретінде, осы қолдану саласын белсенді түрде зерттеді. 3D басып шығару технологиясыжәне медициналық құрылғыларға, автомобиль бөлшектеріне, аэроғарышқа және басқа да салаларға бағытталған 3D басып шығару қолданбаларына арналған 500 Вт бір режимді 10 мкм/14 мкм үздіксіз талшықты лазерді іске қосты.

Олардың ішінде 10 мкм және 14 мкм әртүрлі өзек диаметрлері дақ өлшемін анықтайды, бұл негізінен лазер қуатының тығыздығына, яғни бірлік ауданға түсетін жарық энергиясының мөлшеріне әсер етеді. Бірдей қуат жағдайында дақ өлшемі неғұрлым кіші болса, лазер қуатының тығыздығы соғұрлым жоғары болады. Жоғары қуатты тығыздықтағы дақтарды жоғары балқу температурасы немесе жоғары шағылысу температурасы бар металл ұнтақтарын басып шығаруға жарамды.

Өнімнің артықшылықтары:

➢ Өте жұқа және жеңіл дизайн, 19 дюймдік 1,5U биіктік дизайны, салмағы

➢ Өнім құрылымы 3D басып шығару ортасына бағытталған жабық дизайнды қабылдайды, лазердің жалпы сенімділігін, IP65 қорғаныс деңгейін айтарлықтай жақсартады және жоғары температура, жоғары ылғалдылық және жоғары шаң сияқты қатал орталарда үздіксіз жұмыс істей алады.

➢ Максималды қуаты 500 Вт, бұл аустениттік тот баспайтын болат, мартенситтік тот баспайтын болат, титан қорытпасы, никель негізіндегі жоғары температуралы қорытпа, алюминий қорытпасы, магний қорытпасы және т.б. сияқты кең таралған металл материалдарды жасауға жеткілікті.

➢ Қуаттың жақсы тұрақтылығы, сағатына ауытқу

➢ Сәуле сапасы жақсы, M2

FASTFORM (FastForm) - 3D басып шығару технологиясы мен жабдықтарын зерттеу мен әзірлеуге маманданған компания және жоғары жылдамдықты прототиптеу қызметтерін және қолдаушы шешімдерді ұсына алады. Біз Guanghui Laser компаниясымен терең ынтымақтастық орнаттық және болашақта аэроғарыш, автомобиль модельдері, биомедицина және т.б. салалардағы негізгі бөлшектер бойынша 3D басып шығару тәжірибелері мен зерттеулерін жүргіземіз. Біз FF-M140 бір лазерлік өнімдерін, FF-M150 оқытуға арналған модельдерін, FF-M180D қос лазерлік стоматологиялық модельдерін, FF-M300H 1000W жоғары қуатты лазерлік өнеркәсіптік модельдерін, FF-M500 қос лазерлік модельдерін және FF-M800 төрт лазерлік өнімдерін шығардық және олардың барлығы жаппай өндірілген және жеке локализация шешімдерін қолдайды. Біз көп лазерлік кесу және жолды генерациялау бағдарламалық жасақтамасы FastLayer-ді дербес әзірледік. Жабдық толығымен автоматты және қараусыз жұмыс істейді.

Бұл өнімнің келесі маңызды артықшылықтары бар:

➢ Екі бағытты және айнымалы жылдамдықты ұнтақты жағу технологиясы, ұнтақты пайдаланудың жоғары деңгейі.

➢ Бір рет басу арқылы автоматты түрде кесуді және жолды жоспарлауды аяқтауға арналған тәуелсіз әзірленген бағдарламалық жасақтама.

➢ Толығымен автоматты басқаруды және қашықтан қараусыз жұмыс істеуді жүзеге асыра алатын жеке камерамен жабдықталған.

➢ Жабдық өте тұрақты және орнату оңай интеграцияланған дәнекерлеу құрылымын пайдаланады.

3D басып шығару саласының қазіргі жағдайы және даму перспективалары
Қазіргі уақытта 3D басып шығару жылдам прототиптеу дәуіріне аяқ басты. Қытай бизнес саласын зерттеу институтының статистикасына сәйкес, 2021 жылы машина жасау өнеркәсібі төменгі ағынды қолдану салаларының ең үлкен үлесін құрайды, ол 17,5%-ға жетті, одан кейін тұтынушылық электроника (16,6%) және автомобильдер (16,1%) келеді. Тұтынушылық электроника мен автомобиль өнеркәсібінің қарқынды дамуымен болашақта осы екі салада 3D басып шығарудың қолдану салалары одан әрі кеңейеді.

Қытай инвестициялық желісінің болжамы бойынша, салалық ауқымы бойынша: 2021 жылдан 2025 жылға дейін 3D басып шығарудың орташа жылдық қосылыс өсу қарқыны шамамен 26,59% құрайды, ал 2025 жылы ол 70,1 млрд юаньға жетеді.

3D басып шығару үш аспектіні қамтиды: жабдықтар, материалдар және қызметтер, олардың ішінде баспа жабдықтары ең үлкен үлесті құрайды. CCID жариялаған деректерге сәйкес, Қытайдың 3D басып шығару жабдықтары саласының көлемі 2020 жылы 9,254 миллиард юаньды құрады, бұл ең үлкен үлесті құрайды.

Қазіргі уақытта 3D басып шығару жабдықтарының бағасы әлі де салыстырмалы түрде жоғары. Бір жағынан, бұл шетелдік патенттер мен монополияларға байланысты. Екінші жағынан, бұл менің елімнің 3D индустриясының кеш басталуына, сұраныстың аздығына және автономия дәрежесінің төмендігіне байланысты. Менің елімнің жоғары деңгейлі өндіріс саласының жаңғыртылуы мен дамуымен, технологияның дамуымен және шығындардың төмендеуімен менің елімнің 3D басып шығару индустриясы болашақта локализацияның арту үрдісін көрсетеді. 3D басып шығару технологиясын кең көлемде дамытуды ілгерілету үшін жабдық өндірушілері арасындағы тығыз ынтымақтастық өте маңызды.

Guanghui Laser компаниясы лазерлік өнім технологиясын зерттеу мен инновациялауға ғана емес, сонымен қатар лазерлік өңдеу технологиясы саласында да зерттеулерін жалғастыруда және тұтынушыларға қолданбалы мәселелерді шешуге көмектесуге міндеттенеді. Жетекші отандық 3D басып шығару жабдықтарын өндіруші ретінде FASTFORM компаниясы 3D басып шығарудың барлық аспектілерімен таныс және тұтынушыларға 3D басып шығару саласындағы кәсіби жоғары сапалы өнімдерді ұсыну үшін тәжірибелі консалтингтік топқа ие. Болашақта Guanghui Laser компаниясы FASTFORM компаниясымен бірлесіп, Қытайда лазерлік 3D басып шығару технологиясын қолдану мен дамытуды ілгерілетуге және саланы жаңғыртуға көмектеседі. Дереккөз: Guanghui Laser Автор: Қолданбалы инженер Гу Цзясин