Истражување на примената на фибер ласер во 3D печатење на метал

На Адитивно МануПроцесот на производство (3D печатење) на метални материјали е многу баран во областа на авијацијата, воздухопловството, навигацијата, возилата, производството на калапи, медицинската опрема итн. Во моментов, изворите на топлина што се користат во процесот на производство на метални адитиви вклучуваат три високоенергетски зраци, имено ласерски зрак, електронски зрак и микро-зрачна плазма, како и влез на топлина за синтерување. Меѓу нив, ласерскиот зрак е најшироко користениот високоенергетски извор на топлина во областа на производството на метални адитиви. Во споредба со електронските зрак и микро-зрачните плазма извори на топлина, ласерскиот зрак има предности на фина точка, ниска цена и може да се насочи кон одредената положба на материјалот. Може да постигне моментално топење на метални материјали и да ги исполни барањата за преклопување на каналите на топење и формирање на делови.

Основни принципи на ласерско 3D печатење

Ласерите што се користат во ласерското 3D печатење вклучуваат фибер ласери, полупроводнички ласери, Nd:YAG ласери и CO2 ласери. Различните материјали различно апсорбираат ласери со различни бранови должини. Обично, CO2 ласерите се користат за печатење полимери, додека фибер ласери се користат за печатење метални прашоци.

Според различните методи на обработка, производството на ласерски адитиви може да се подели на селективно ласерско синтерување, селективно ласерско топење, директно ласерско синтерување на метал, ласерско таложење на прав, директно таложење на метал итн. Меѓу нив, селективното ласерско топење (SLM) е една од најчесто користените технологии за 3D печатење на метал со ласер.

Основната структура на уредот за печатење со селективно ласерско топење (SLM) е прикажана на сликата. Пред печатењето, 3D моделот мора да се слоевит, а потоа да се одреди траекторијата на скенирање. Првиот чекор е рамномерно стружење на работната маса со стругалка и нанесување слој прашок врз неа; вториот чекор е скенирање на специфична траекторија на овој слој прашок со ласер за да се стопи и да се испечати слој; третиот чекор е поместување на работната маса надолу за еден слој, а потоа повторување на горенаведената операција за да се редат слоевите за печатење од дното кон врвот, со што се формира 3D делот што треба да се печати. ​​За да се спречи оксидација, работната комора мора да се испразни и да се наполни со инертен гас во текот на целиот процес.

Побарувачката за ласери во ласерското 3D печатење
Побарувачката за ласери во ласерското 3D печатење главно се одразува на два аспекта: од една страна, моќност и стабилност на моќноста, а од друга страна, квалитет на зракот и големина на точката.

01 Моќност и стабилност на моќноста

Процесот на 3D печатење главно се потпира на термичкиот ефект на ласерот. Интензитетот на ласерот мора да надмине одреден енергетски праг за да се стопи материјалот. Затоа, се обрнува поголемо внимание на просечната излезна моќност на ласерот и не е чувствителен на пулсниот режим на ласерот. Затоа, обично се користат континуирани фибер ласери, а моќноста е грубо распределена помеѓу 100W и 1000W.
Колку е поголем моделот и колку повеќе слоеви, толку е подолго времето на печатење. Времетраењето е генерално од неколку часа до десетици часа. Затоа, се поставуваат високи барања за долгорочно стабилно работење на ласерот. Ако температурата е превисока, металниот прав може да се прегори, па дури и да предизвика повторно топење на другите обликувани делови; ако температурата е прениска, металниот прав не е целосно стопен, силата на врзување е недоволна и обликот на обликуваната компонента може да не се одржи. Затоа, стабилноста на моќноста на ласерот е клучна за квалитетот на печатењето.

02 Квалитет на зракот и големина на точката

Квалитетот на зракот и големината на точката се едни од клучните параметри што ја одразуваат точноста на печатењето. 3D печатењето се формира со скенирање со ласерски зрак. Колку е помала ласерската точка, толку е поголема точноста на скенирањето, толку е поголема резолуцијата на печатениот модел и толку е понежна површината на печатениот дел.
Квалитетот на зракот обично се карактеризира со BPP или M2. Колку е M2 поблиску до 1, толку е подобар квалитетот на зракот, толку е поконцентрирана енергијата на ласерот и толку е помал ефектот на топлината врз околната површина; во исто време, колку е подобар квалитетот на зракот, толку е помал соодветниот агол на дивергенција и толку ќе биде помало фокусираното место.

03 Истражувањето на GW Laser Tech и FASTFORM во областа на 3D печатењето
GW Laser Tech, како светски лидер во ласери со висока осветленост на влакна, исто така активно го истражуваше ова поле на примена со подемот на Технологија за 3Д печатење, и лансираше 500W едномоден континуиран фибер ласер од 10μm/14μm за апликации за 3D печатење, насочен кон медицински уреди, автомобилски делови, воздухопловство и други области.

Меѓу нив, различните дијаметри на јадрото од 10μm и 14μm ја одредуваат големината на точката, што главно влијае на густината на моќноста на ласерот, односно на количината на светлосна енергија по единица површина. Под исти услови на моќност, колку е помала големината на точката, толку е поголема густината на моќноста на ласерот. Точките со висока густина на моќност се погодни за печатење метални прашоци со високи точки на топење или високи рефлексии.

Предности на производот:

➢ Ултра тенок и лесен дизајн, 19-инчен дизајн со висина од 1,5U, тежина

➢ Структурата на производот има затворен дизајн, насочен кон 3D печатење, што значително ја подобрува целокупната сигурност на ласерот, нивото на заштита IP65 и може континуирано да работи во сурови средини како што се висока температура, висока влажност и висока прашина.

➢ Максималната моќност е 500 W, што е доволно за формирање на вообичаени метални материјали како што се аустенитен не'рѓосувачки челик, мартензитен не'рѓосувачки челик, легура на титаниум, легура на висока температура на база на никел, легура на алуминиум, легура на магнезиум итн.

➢ Добра стабилност на енергија, флуктуација на час

➢ Добар квалитет на зракот, M2

FASTFORM (FastForm) е компанија специјализирана за истражување и развој на технологија и опрема за 3D печатење и може да обезбеди врвни услуги за брзо прототипирање и решенија за поддршка. Воспоставивме длабинска соработка со Guanghui Laser и во иднина ќе спроведуваме експерименти и истражувања за 3D печатење на клучни делови од областа на воздухопловството, автомобилските модели, биомедицината итн. Лансиравме производи со еден ласер FF-M140, модели специфични за настава FF-M150, модели специфични за стоматологија со двоен ласер FF-M180D, индустриски модели со ласер со висока моќност FF-M300H 1000W, модели со двоен ласер FF-M500 и производи со четири ласери FF-M800, и сите тие се масовно произведени и поддржуваат прилагодени решенија за локализација. Независно го развивме FastLayer, софтвер за сечење и генерирање патеки со повеќе ласери. Опремата е целосно автоматска и без надзор.

Овој производ има следниве значајни предности:

➢ Двонасочна и променлива брзина на ширење на прав, висока стапка на искористување на прав.

➢ Независно развиен софтвер за автоматско сечење и планирање на патеки со еден клик.

➢ Доаѓа со сопствена камера, која може да реализира целосно автоматска контрола и работа без надзор од далечина.

➢ Опремата има интегрирана структура за заварување, која е многу стабилна и лесна за инсталирање.

Тековна состојба и перспективи за развој на индустријата за 3Д печатење
Во моментов, 3D печатењето влезе во ерата на брзо прототипирање. Според статистиката од Кинескиот институт за истражување на деловната индустрија, машинската индустрија учествува со најголем дел во областите на примена во 2021 година, достигнувајќи 17,5%, по што следуваат потрошувачката електроника (16,6%) и автомобилите (16,1%). Со брзиот развој на потрошувачката електроника и автомобилската индустрија, областите на примена на 3D печатењето во овие две области ќе бидат дополнително проширени во иднина.

Во однос на обемот на индустријата, според прогнозата на Кинеската инвестициска мрежа: просечната годишна стапка на раст на 3Д печатењето од 2021 до 2025 година ќе биде околу 26,59% и ќе достигне 70,1 милијарди јуани во 2025 година.

3D печатењето опфаќа три аспекти: опрема, материјали и услуги, меѓу кои опремата за печатење учествува со најголем удел. Според податоците објавени од CCID, обемот на индустријата за опрема за 3D печатење во Кина во 2020 година изнесувал 9,254 милијарди јуани, што претставува најголем дел.

Во моментов, цената на опремата за 3D печатење е сè уште релативно висока. Од една страна, тоа се должи на странски патенти и монополи. Од друга страна, тоа е затоа што 3D индустријата во мојата земја започна доцна, побарувачката е мала, а степенот на автономија е низок. Со надградбата и развојот на висококвалитетната производствена индустрија во мојата земја, развојот на технологијата и намалувањето на трошоците, индустријата за 3D печатење во мојата земја ќе покаже тренд на зголемување на локализацијата во иднина. Тесната соработка меѓу производителите на опрема е клучна за промовирање на развојот на технологијата за 3D печатење во голем обем.

„Гуангхуи Ласер“ не се фокусира само на истражување и иновации во технологијата на ласерски производи, туку продолжува и да истражува во областа на технологијата за ласерска обработка и е посветена на помагање на клиентите во решавањето на проблемите со примената. Како водечки домашен производител на опрема за 3D печатење, „ФАСТФОРМ“ е запознаен со сите аспекти на 3D печатењето и има искусен консултантски тим за да им обезбеди на клиентите професионални производи од висока класа во областа на 3D печатењето. Во иднина, „Гуангхуи Ласер“ ќе соработува со „ФАСТФОРМ“ за да ја промовира примената и развојот на технологијата за ласерско 3D печатење во Кина и да помогне во надградбата на индустријата. Извор: „Гуангхуи Ласер“ Автор: Инженер за примена Гу Џиаксинг