Šķiedru lāzera pielietojuma izpēte metālu 3D drukāšanā

The Piedevu ManuMetāla materiālu ražošanas (3D drukāšanas) process ir ļoti pieprasīts aviācijas, kosmosa, navigācijas, transportlīdzekļu, veidņu ražošanas, medicīnas iekārtu u.c. jomās. Pašlaik metālu aditīvās ražošanas procesā izmantotie siltuma avoti ietver trīs augstas enerģijas starus, proti, lāzera staru, elektronu staru un mikrostaru plazmu, kā arī saķepināšanas siltuma ievadi. Starp tiem lāzera stars ir visplašāk izmantotais augstas enerģijas staru siltuma avots metālu aditīvās ražošanas jomā. Salīdzinot ar elektronu staru un mikrostaru plazmas siltuma avotiem, lāzera staram ir smalka punkta, zemas izmaksas un to var novirzīt uz norādīto materiāla pozīciju. Tas var panākt metāla materiālu tūlītēju kušanu un izpildīt kausēšanas kanālu pārklāšanās un detaļu formēšanas prasības.

Lāzera 3D drukāšanas pamatprincipi

Lāzera 3D drukāšanā izmantotie lāzeri ietver šķiedru lāzerus, pusvadītāju lāzerus, Nd:YAG lāzerus un CO2 lāzerus. Dažādi materiāli atšķirīgi absorbē dažāda viļņu garuma lāzerus. Parasti CO2 lāzerus izmanto polimēru drukāšanai, savukārt šķiedru lāzerus - metālu pulveru drukāšanai.

Saskaņā ar dažādām apstrādes metodēm lāzera aditīvo ražošanu var iedalīt selektīvā lāzera sintēšanā, selektīvā lāzera kausēšanā, tiešā metāla lāzera sintēšanā, lāzera pulvera uzklāšanā, tiešā metāla uzklāšanā utt. Starp tām selektīvā lāzera kausēšana (SLM) ir viena no visplašāk izmantotajām metāla lāzera 3D drukāšanas tehnoloģijām.

Selektīvās lāzera kausēšanas (SLM) drukas ierīces pamatstruktūra ir parādīta attēlā. Pirms drukāšanas 3D modelis ir jāuzklāj slāņos un pēc tam jānosaka skenēšanas trajektorija. Pirmais solis ir vienmērīgi nokasīt darbagaldu ar skrāpi un uzklāt uz tā pulvera slāni; otrais solis ir skenēt noteiktu trajektoriju uz šī pulvera slāņa ar lāzeru, lai to izkausētu un izdrukātu slāni; trešais solis ir pārvietot darbagaldu par vienu slāni uz leju un pēc tam atkārtot iepriekš minēto darbību, lai sakrautu drukas slāņus no apakšas uz augšu, tādējādi veidojot drukājamo 3D detaļu. Lai novērstu oksidēšanos, darba kamera visa procesa laikā ir jāiztukšo un jāpiepilda ar inertu gāzi.

Lāzeru pieprasījums lāzera 3D drukāšanā
Lāzeru pieprasījums lāzera 3D drukāšanā galvenokārt atspoguļojas divos aspektos: no vienas puses, jauda un jaudas stabilitāte, un, no otras puses, stara kvalitāte un plankuma izmērs.

01 Jauda un jaudas stabilitāte

3D drukāšanas process galvenokārt balstās uz lāzera termisko efektu. Lāzera intensitātei ir jāpārsniedz noteikts enerģijas slieksnis, lai izkausētu materiālu. Tāpēc lielāka uzmanība tiek pievērsta lāzera vidējai izejas jaudai un nav jutīga pret lāzera impulsa režīmu. Tāpēc parasti tiek izmantoti nepārtrauktas darbības šķiedru lāzeri, un jauda ir aptuveni sadalīta no 100 W līdz 1000 W.
Jo lielāks modelis un jo vairāk slāņu, jo ilgāks drukāšanas laiks. Ilgums parasti svārstās no dažām stundām līdz desmitiem stundu. Tāpēc lāzera ilgtermiņa stabilai darbībai tiek izvirzītas augstas prasības. Ja temperatūra ir pārāk augsta, metāla pulveris var pārdegt un pat izraisīt citu formēto detaļu atkārtotu izkausēšanu; ja temperatūra ir pārāk zema, metāla pulveris nav pilnībā izkusis, savienojuma spēks ir nepietiekams un formētās detaļas forma var netikt saglabāta. Tāpēc lāzera jaudas stabilitāte ir ļoti svarīga drukas kvalitātei.

02 Stara kvalitāte un stara izmērs

Stara kvalitāte un punkta izmērs ir vieni no galvenajiem parametriem, kas atspoguļo drukas precizitāti. 3D drukāšana tiek veidota ar lāzerstara skenēšanu. Jo mazāks lāzera punkts, jo augstāka skenēšanas precizitāte, jo augstāka ir izdrukātā modeļa izšķirtspēja un jo trauslāka ir izdrukātās detaļas virsma.
Stara kvalitāti parasti raksturo ar BPP vai M2. Jo tuvāk M2 ir 1, jo labāka ir stara kvalitāte, jo koncentrētāka ir lāzera enerģija un jo mazāka ir siltuma ietekme uz apkārtējo vidi; vienlaikus, jo labāka ir stara kvalitāte, jo mazāks ir atbilstošais novirzes leņķis un jo mazāks būs fokusētais punkts.

03 GW Laser Tech un FASTFORM izpēte 3D drukāšanas jomā
GW Laser Tech, kā pasaules līderis augstas spilgtuma šķiedru lāzeru ražošanā, ir aktīvi izpētījis arī šo pielietojuma jomu, pieaugot 3D drukāšanas tehnoloģija, un laida klajā 500 W vienmoda 10 μm/14 μm nepārtrauktas darbības šķiedras lāzeru 3D drukāšanas lietojumprogrammām, kas paredzētas medicīnas ierīcēm, automobiļu detaļām, kosmosa un citām jomām.

Starp tiem dažādie kodola diametri 10 μm un 14 μm nosaka plankuma izmēru, kas galvenokārt ietekmē lāzera jaudas blīvumu, t. i., gaismas enerģijas daudzumu uz laukuma vienību. Pie vienādiem jaudas nosacījumiem, jo ​​mazāks plankuma izmērs, jo lielāks lāzera jaudas blīvums. Augstas jaudas blīvuma plankumi ir piemēroti metāla pulveru ar augstu kušanas temperatūru vai augstu atstarošanos drukāšanai.

Produkta priekšrocības:

➢ Īpaši plāns un viegls dizains, 19 collu 1,5U augstums, svars

➢ Produkta struktūra ir slēgta, paredzēta 3D drukāšanas videi, ievērojami uzlabojot lāzera kopējo uzticamību, IP65 aizsardzības līmeni un spēju nepārtraukti darboties skarbos apstākļos, piemēram, augstā temperatūrā, augstā mitrumā un augstā putekļu daudzumā.

➢ Maksimālā jauda ir 500 W, kas ir pietiekama, lai veidotu tādus izplatītus metāla materiālus kā austenīta nerūsējošais tērauds, martensīta nerūsējošais tērauds, titāna sakausējums, niķeļa bāzes augstas temperatūras sakausējums, alumīnija sakausējums, magnija sakausējums utt.

➢ Laba jaudas stabilitāte, svārstības stundā

➢ Laba staru kūļa kvalitāte, M2

FASTFORM (FastForm) ir uzņēmums, kas specializējas 3D drukāšanas tehnoloģiju un iekārtu izpētē un attīstībā, un var nodrošināt augstākā līmeņa ātrās prototipēšanas pakalpojumus un atbalsta risinājumus. Esam izveidojuši padziļinātu sadarbību ar Guanghui Laser un nākotnē veiksim 3D drukāšanas eksperimentus un pētījumus par galvenajām detaļām kosmosa, automobiļu modeļu, biomedicīnas u.c. jomās. Esam laiduši klajā FF-M140 viena lāzera produktus, FF-M150 mācību vajadzībām paredzētos modeļus, FF-M180D divu lāzeru zobārstniecības vajadzībām paredzētos modeļus, FF-M300H 1000W lielas jaudas lāzera rūpnieciskos modeļus, FF-M500 divu lāzeru modeļus un FF-M800 četru lāzeru produktus, un tie visi ir ražoti masveidā un atbalsta pielāgotus lokalizācijas risinājumus. Esam neatkarīgi izstrādājuši FastLayer, vairāku lāzeru griešanas un ceļu ģenerēšanas programmatūru. Iekārta ir pilnībā automātiska un bez uzraudzības.

Šim produktam ir šādas ievērojamas priekšrocības:

➢ Divvirzienu un mainīga ātruma pulvera izkliedēšanas tehnoloģija, augsts pulvera izmantošanas līmenis.

➢ Neatkarīgi izstrādāta programmatūra automātiskai griešanai un ceļa plānošanai ar vienu klikšķi.

➢ Aprīkots ar savu kameru, kas var realizēt pilnībā automātisku vadību un darbību bez uzraudzības attālināti.

➢ Iekārta izmanto integrētu metināšanas struktūru, kas ir ļoti stabila un viegli uzstādāma.

3D drukas nozares pašreizējais stāvoklis un attīstības perspektīvas
Pašlaik 3D drukāšana ir iegājusi ātrās prototipēšanas laikmetā. Saskaņā ar Ķīnas Biznesa un rūpniecības pētniecības institūta statistiku, mašīnbūves nozare 2021. gadā veidoja lielāko daļu no lejupējām pielietojumu jomām, sasniedzot 17,5%, kam sekoja patēriņa elektronika (16,6%) un automobiļi (16,1%). Līdz ar patēriņa elektronikas un autobūves nozares straujo attīstību, 3D drukāšanas pielietojuma jomas šajās divās jomās nākotnē vēl vairāk paplašināsies.

Runājot par nozares mērogu, saskaņā ar Ķīnas Investīciju tīkla prognozi: 3D drukāšanas vidējais gada saliktais pieauguma temps no 2021. līdz 2025. gadam būs aptuveni 26,59%, un 2025. gadā tas sasniegs 70,1 miljardu juaņu.

3D drukāšana aptver trīs aspektus: iekārtas, materiālus un pakalpojumus, starp kuriem drukas iekārtas veido lielāko daļu. Saskaņā ar CCID publicētajiem datiem, Ķīnas 3D drukas iekārtu nozares apjoms 2020. gadā bija 9,254 miljardi juaņu, kas veidoja lielāko daļu.

Pašlaik 3D drukas iekārtu cena joprojām ir relatīvi augsta. No vienas puses, tas ir saistīts ar ārvalstu patentiem un monopoliem. No otras puses, tas ir tāpēc, ka manas valsts 3D nozare sāka attīstīties vēlu, pieprasījums ir neliels un autonomijas pakāpe ir zema. Līdz ar manas valsts augstas klases ražošanas nozares modernizāciju un attīstību, tehnoloģiju attīstību un izmaksu samazināšanos, manas valsts 3D drukas nozare nākotnē demonstrēs pieaugošas lokalizācijas tendenci. Cieša sadarbība starp iekārtu ražotājiem ir izšķiroša, lai veicinātu 3D drukas tehnoloģijas plaša mēroga attīstību.

Guanghui Laser ne tikai koncentrējas uz lāzera produktu tehnoloģiju izpēti un inovācijām, bet arī turpina pētīt lāzera apstrādes tehnoloģiju jomu un ir apņēmies palīdzēt klientiem risināt lietojumprogrammu problēmas. Kā vadošais vietējais 3D drukas iekārtu ražotājs, FASTFORM pārzina visus 3D drukas aspektus un tam ir pieredzējusi konsultāciju komanda, kas nodrošina klientus ar profesionāliem augstas klases produktiem 3D drukas jomā. Nākotnē Guanghui Laser sadarbosies ar FASTFORM, lai veicinātu lāzera 3D drukas tehnoloģijas pielietošanu un attīstību Ķīnā un palīdzētu modernizēt nozari. Avots: Guanghui Laser Autors: Lietojumprogrammu inženieris Gu Dzjaksings