मेटल ३डी प्रिंटिंगमध्ये फायबर लेसरच्या उपयोगाचा शोध

अ‍ॅडिटिव्ह मॅन्युविमानचालन, अंतराळ, नौकानयन, वाहने, मोल्ड निर्मिती, वैद्यकीय उपकरणे इत्यादी क्षेत्रांमध्ये धातूंच्या सामग्रीच्या फॅब्रिकेशन (3D प्रिंटिंग) प्रक्रियेला मोठी मागणी आहे. सध्या, मेटल ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या उष्णता स्रोतांमध्ये लेझर बीम, इलेक्ट्रॉन बीम आणि मायक्रो-बीम प्लाझ्मा या तीन उच्च-ऊर्जा बीमचा, तसेच सिंटरिंग उष्णता इनपुटचा समावेश होतो. त्यापैकी, लेझर बीम हा मेटल ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगच्या क्षेत्रात सर्वाधिक वापरला जाणारा उच्च-ऊर्जा बीम उष्णता स्रोत आहे. इलेक्ट्रॉन बीम आणि मायक्रो-बीम प्लाझ्मा उष्णता स्रोतांच्या तुलनेत, लेझर बीमचे फायदे म्हणजे सूक्ष्म स्पॉट, कमी खर्च आणि सामग्रीच्या निर्दिष्ट स्थानावर निर्देशित करण्याची क्षमता. यामुळे धातूच्या सामग्रीचे त्वरित वितळणे साध्य होते आणि वितळलेल्या चॅनलचे आच्छादन व भाग तयार करण्याच्या आवश्यकता पूर्ण होतात.

लेझर ३डी प्रिंटिंगची मूलभूत तत्त्वे

लेझर ३डी प्रिंटिंगमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या लेझर्समध्ये फायबर लेझर्स, सेमीकंडक्टर लेझर्स, Nd:YAG लेझर्स आणि CO2 लेझर्स यांचा समावेश होतो. वेगवेगळे पदार्थ वेगवेगळ्या तरंगलांबीच्या लेझर्सना वेगवेगळ्या प्रकारे शोषून घेतात. सामान्यतः, पॉलिमर प्रिंट करण्यासाठी CO2 लेझर्स वापरले जातात, तर धातूची पावडर प्रिंट करण्यासाठी फायबर लेझर्स वापरले जातात.

वेगवेगळ्या प्रक्रिया पद्धतींनुसार, लेझर ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगचे वर्गीकरण सिलेक्टिव्ह लेझर सिंटरिंग, सिलेक्टिव्ह लेझर मेल्टिंग, डायरेक्ट मेटल लेझर सिंटरिंग, लेझर पावडर डिपॉझिशन, डायरेक्ट मेटल डिपॉझिशन इत्यादींमध्ये केले जाऊ शकते. त्यापैकी, सिलेक्टिव्ह लेझर मेल्टिंग (SLM) हे सर्वात जास्त वापरल्या जाणाऱ्या मेटल लेझर ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानांपैकी एक आहे.

सिलेक्टिव्ह लेझर मेल्टिंग (SLM) प्रिंटिंग उपकरणाची मूलभूत रचना आकृतीत दर्शविली आहे. प्रिंट करण्यापूर्वी, ३डी मॉडेलचे थर रचले पाहिजेत आणि नंतर स्कॅनिंगचा मार्ग निश्चित केला पाहिजे. पहिली पायरी म्हणजे स्क्रॅपरने वर्कबेंच समान रीतीने खरवडून त्यावर पावडरचा थर पसरवणे; दुसरी पायरी म्हणजे या पावडरच्या थरावर लेझरने एका विशिष्ट मार्गावर स्कॅन करून ते वितळवणे आणि एक थर प्रिंट करणे; तिसरी पायरी म्हणजे वर्कबेंच एक थर खाली सरकवणे, आणि नंतर खालून वरपर्यंत प्रिंटिंगचे थर रचण्यासाठी वरील क्रिया पुन्हा करणे, ज्यामुळे प्रिंट करायचा ३डी भाग तयार होतो. ऑक्सिडेशन टाळण्यासाठी, संपूर्ण प्रक्रियेदरम्यान वर्किंग चेंबरमधील हवा काढून टाकून त्यात निष्क्रिय वायू भरणे आवश्यक आहे.

लेझर ३डी प्रिंटिंगमध्ये लेझरची मागणी
लेझर ३डी प्रिंटिंगमधील लेझरची मागणी मुख्यत्वे दोन बाबींमध्ये दिसून येते: एकीकडे, शक्ती आणि शक्तीची स्थिरता, आणि दुसरीकडे, बीमची गुणवत्ता आणि स्पॉटचा आकार.

०१ शक्ती आणि शक्तीची स्थिरता

३डी प्रिंटिंग प्रक्रिया प्रामुख्याने लेझरच्या औष्णिक प्रभावावर अवलंबून असते. पदार्थ वितळवण्यासाठी लेझरची तीव्रता एका विशिष्ट ऊर्जा मर्यादेपेक्षा जास्त असणे आवश्यक असते. त्यामुळे, यात लेझरच्या सरासरी आउटपुट पॉवरवर अधिक लक्ष दिले जाते आणि ही प्रक्रिया लेझरच्या पल्स मोडला संवेदनशील नसते. म्हणूनच, सामान्यतः कंटिन्युअस फायबर लेझर्स वापरले जातात आणि त्यांची पॉवर साधारणपणे १०० वॅट ते १००० वॅटच्या दरम्यान असते.
मॉडेल जितके मोठे आणि थर जितके जास्त, तितका छपाईचा वेळ जास्त लागतो. हा कालावधी साधारणपणे काही तासांपासून ते अनेक तासांपर्यंत असतो. त्यामुळे, लेझरच्या दीर्घकाळ स्थिर कार्यावर मोठी अपेक्षा असते. जर तापमान खूप जास्त असेल, तर धातूची पावडर जास्त जळू शकते आणि त्यामुळे तयार झालेले इतर भाग पुन्हा वितळू शकतात; जर तापमान खूप कमी असेल, तर धातूची पावडर पूर्णपणे वितळत नाही, जोडशक्ती अपुरी पडते आणि तयार झालेल्या घटकाचा आकार टिकून राहत नाही. त्यामुळे, छपाईच्या गुणवत्तेसाठी लेझरच्या शक्तीची स्थिरता अत्यंत महत्त्वाची आहे.

०२ बीमची गुणवत्ता आणि स्पॉटचा आकार

बीमची गुणवत्ता आणि स्पॉटचा आकार हे छपाईची अचूकता दर्शवणाऱ्या प्रमुख मापदंडांपैकी एक आहेत. ३डी प्रिंटिंग हे लेझर बीमच्या स्कॅनिंगद्वारे तयार केले जाते. लेझर स्पॉट जितका लहान असेल, तितकी स्कॅनिंगची अचूकता जास्त असते, छापलेल्या मॉडेलचे रिझोल्यूशन अधिक असते आणि छापलेल्या भागाचा पृष्ठभाग अधिक नाजूक असतो.
बीमची गुणवत्ता सामान्यतः BPP किंवा M2 द्वारे दर्शविली जाते. M2 हे 1 च्या जितके जवळ असेल, तितकी बीमची गुणवत्ता चांगली असते, लेझर ऊर्जा अधिक केंद्रित होते आणि सभोवतालच्या क्षेत्रावर उष्णतेचा परिणाम कमी होतो; त्याच वेळी, बीमची गुणवत्ता जितकी चांगली असेल, तितका संबंधित अपसरण कोन लहान असतो आणि केंद्रित ठिपका लहान असतो.

०३ जीडब्ल्यू लेझर टेक आणि फास्टफॉर्म यांचे ३डी प्रिंटिंग क्षेत्रातील संशोधन
उच्च-तेजस्वी फायबर लेझर्समधील जागतिक अग्रणी म्हणून, GW लेझर टेकने देखील वाढत्या मागणीसह या अनुप्रयोग क्षेत्राचा सक्रियपणे शोध घेतला आहे. ३डी प्रिंटिंग तंत्रज्ञानआणि वैद्यकीय उपकरणे, ऑटोमोटिव्ह पार्ट्स, एरोस्पेस आणि इतर क्षेत्रांना लक्ष्य करून, 3D प्रिंटिंग ॲप्लिकेशन्ससाठी 500W सिंगल-मोड 10μm/14μm कंटीन्युअस फायबर लेझर सादर केला.

त्यांपैकी, १०μm आणि १४μm हे वेगवेगळे कोर व्यास स्पॉटचा आकार निश्चित करतात, जे प्रामुख्याने लेझर पॉवर डेन्सिटीवर, म्हणजेच प्रति एकक क्षेत्रफळातील प्रकाश ऊर्जेच्या प्रमाणावर परिणाम करते. समान पॉवरच्या परिस्थितीत, स्पॉटचा आकार जितका लहान असेल, तितकी लेझर पॉवर डेन्सिटी जास्त असते. उच्च-पॉवर डेन्सिटीचे स्पॉट्स उच्च वितळणबिंदू किंवा उच्च परावर्तन असलेल्या धातूंच्या पावडरच्या छपाईसाठी योग्य असतात.

उत्पादनाचे फायदे:

➢ अत्यंत पातळ आणि हलके डिझाइन, 19-इंच 1.5U उंचीचे डिझाइन, वजन

➢ उत्पादनाची रचना बंदिस्त स्वरूपाची असून ती 3D प्रिंटिंगच्या वातावरणाला डोळ्यासमोर ठेवून बनवली आहे, ज्यामुळे लेझरची एकूण विश्वसनीयता मोठ्या प्रमाणात सुधारते. याला IP65 संरक्षण पातळी असून, ते उच्च तापमान, उच्च आर्द्रता आणि जास्त धूळ यांसारख्या प्रतिकूल वातावरणातही सतत कार्यरत राहू शकते.

➢ कमाल शक्ती 500W आहे, जी ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील, मार्टेनसिटिक स्टेनलेस स्टील, टायटॅनियम मिश्रधातू, निकेल-आधारित उच्च-तापमान मिश्रधातू, ॲल्युमिनियम मिश्रधातू, मॅग्नेशियम मिश्रधातू इत्यादी सामान्य धातूंच्या सामग्रीला आकार देण्यासाठी पुरेशी आहे.

➢ उत्तम वीज स्थिरता, प्रति तास चढउतार

➢ उत्तम बीम गुणवत्ता, M2

फास्टफॉर्म (FastForm) ही 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञान आणि उपकरणांच्या संशोधन आणि विकासामध्ये विशेषज्ञ असलेली कंपनी आहे, आणि ती उत्कृष्ट रॅपिड प्रोटोटाइपिंग सेवा व सहाय्यक सोल्यूशन्स प्रदान करू शकते. आम्ही ग्वांगहुई लेझरसोबत (Guanghui Laser) सखोल सहकार्य प्रस्थापित केले आहे, आणि भविष्यात एरोस्पेस, ऑटोमोबाईल मॉडेल्स, बायोमेडिसिन इत्यादी क्षेत्रांतील महत्त्वाच्या भागांवर 3D प्रिंटिंगचे प्रयोग आणि संशोधन करणार आहोत. आम्ही FF-M140 सिंगल लेझर उत्पादने, FF-M150 शिक्षण-विशिष्ट मॉडेल्स, FF-M180D ड्युअल लेझर दंत-विशिष्ट मॉडेल्स, FF-M300H 1000W उच्च-शक्तीचे लेझर औद्योगिक मॉडेल्स, FF-M500 ड्युअल लेझर मॉडेल्स, आणि FF-M800 फोर लेझर उत्पादने सादर केली आहेत, आणि या सर्वांचे मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन केले गेले आहे व ते सानुकूलित स्थानिकीकरण सोल्यूशन्सना (customized localization solutions) समर्थन देतात. आम्ही स्वतंत्रपणे फास्टलेअर (FastLayer) नावाचे मल्टी-लेझर स्लाइसिंग आणि पाथ जनरेशन सॉफ्टवेअर विकसित केले आहे. ही उपकरणे पूर्णपणे स्वयंचलित आणि मानवरहित आहेत.

या उत्पादनाचे खालील महत्त्वपूर्ण फायदे आहेत:

➢ द्विदिशात्मक आणि बदलत्या वेगाचे पावडर पसरवण्याचे तंत्रज्ञान, पावडरचा उच्च वापर दर.

➢ एका क्लिकवर स्वयंचलित स्लाइसिंग आणि पाथ प्लॅनिंग पूर्ण करण्यासाठी स्वतंत्रपणे विकसित केलेले सॉफ्टवेअर.

➢ यात स्वतःचा कॅमेरा आहे, ज्यामुळे दूरस्थपणे पूर्णपणे स्वयंचलित नियंत्रण आणि मानवी हस्तक्षेपाशिवाय संचालन शक्य होते.

➢ या उपकरणामध्ये एकात्मिक वेल्डिंग रचना वापरली आहे, जी अत्यंत स्थिर असून स्थापित करण्यास सोपी आहे.

३डी प्रिंटिंग उद्योगाची सद्यस्थिती आणि विकासाच्या शक्यता
सध्या, ३डी प्रिंटिंगने जलद प्रोटोटाइपिंगच्या युगात प्रवेश केला आहे. चायना बिझनेस इंडस्ट्री रिसर्च इन्स्टिट्यूटच्या आकडेवारीनुसार, २०२१ मध्ये डाउनस्ट्रीम ॲप्लिकेशन क्षेत्रांमध्ये यंत्रसामग्री उद्योगाचा वाटा सर्वाधिक, म्हणजेच १७.५% होता, त्यानंतर ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स (१६.६%) आणि ऑटोमोबाईल्स (१६.१%) यांचा क्रमांक लागतो. ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स आणि ऑटोमोटिव्ह उद्योगाच्या जलद विकासामुळे, भविष्यात या दोन क्षेत्रांमधील ३डी प्रिंटिंगच्या उपयोजन क्षेत्रांचा आणखी विस्तार होईल.

उद्योग क्षेत्राच्या व्याप्तीच्या बाबतीत, चायना इन्व्हेस्टमेंट नेटवर्कच्या अंदाजानुसार: २०२१ ते २०२५ पर्यंत ३डी प्रिंटिंगचा सरासरी वार्षिक चक्रवाढ वाढीचा दर सुमारे २६.५९% असेल आणि २०२५ मध्ये ते ७०.१ अब्ज युआनपर्यंत पोहोचेल.

३डी प्रिंटिंगमध्ये उपकरणे, साहित्य आणि सेवा या तीन बाबींचा समावेश होतो, ज्यापैकी प्रिंटिंग उपकरणांचा वाटा सर्वात मोठा आहे. सीसीआयडीने प्रसिद्ध केलेल्या आकडेवारीनुसार, २०२० मध्ये चीनच्या ३डी प्रिंटिंग उपकरण उद्योगाचा आकार ९.२५४ अब्ज युआन होता, जो सर्वात मोठा वाटा आहे.

सध्या, 3D प्रिंटिंग उपकरणांच्या किमती अजूनही तुलनेने जास्त आहेत. एकीकडे, हे परदेशी पेटंट आणि मक्तेदारीमुळे आहे. दुसरीकडे, आपल्या देशातील 3D उद्योग उशिरा सुरू झाला, मागणी कमी आहे आणि स्वायत्ततेची पातळी कमी आहे, हेही एक कारण आहे. आपल्या देशातील उच्च-स्तरीय उत्पादन उद्योगाचे आधुनिकीकरण आणि विकास, तंत्रज्ञानाचा विकास आणि खर्चात घट झाल्यामुळे, भविष्यात आपल्या देशातील 3D प्रिंटिंग उद्योगात वाढत्या स्थानिकीकरणाचा कल दिसून येईल. 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाच्या मोठ्या प्रमाणावरील विकासाला चालना देण्यासाठी उपकरण उत्पादकांमधील घनिष्ठ सहकार्य अत्यंत महत्त्वाचे आहे.

ग्वांगहुई लेझर केवळ लेझर उत्पादन तंत्रज्ञानाच्या संशोधन आणि नवनिर्मितीवरच लक्ष केंद्रित करत नाही, तर लेझर प्रक्रिया तंत्रज्ञानाच्या क्षेत्रातही सतत नवनवीन शोध घेत आहे आणि ग्राहकांना वापराच्या समस्या सोडवण्यासाठी मदत करण्यास वचनबद्ध आहे. एक अग्रगण्य देशांतर्गत 3D प्रिंटिंग उपकरण निर्माता म्हणून, फास्टफॉर्मला 3D प्रिंटिंगच्या सर्व पैलूंची माहिती आहे आणि ग्राहकांना 3D प्रिंटिंगच्या क्षेत्रात व्यावसायिक उच्च-स्तरीय उत्पादने प्रदान करण्यासाठी त्यांच्याकडे एक अनुभवी सल्लागार संघ आहे. भविष्यात, ग्वांगहुई लेझर फास्टफॉर्मसोबत मिळून चीनमध्ये लेझर 3D प्रिंटिंग तंत्रज्ञानाच्या वापराला आणि विकासाला चालना देईल आणि उद्योगाला उन्नत करण्यास मदत करेल. स्रोत: ग्वांगहुई लेझर लेखक: ॲप्लिकेशन इंजिनिअर गु जियाक्सिंग