Истраживање примене фибер ласера ​​у 3Д штампању метала

The Адитивни мануПроцес производње металних материјала (3Д штампа) је веома тражен у областима авијације, ваздухопловства, навигације, возила, производње калупа, медицинске опреме итд. Тренутно, извори топлоте који се користе у процесу адитивне производње метала укључују три високоенергетска снопа, наиме ласерски сноп, електронски сноп и микро-зрак плазме, као и унос топлоте синтеровања. Међу њима, ласерски сноп је најшире коришћени високоенергетски сноп топлоте у области адитивне производње метала. У поређењу са изворима топлоте електронског снопа и микро-зрака плазме, ласерски сноп има предности фине тачке, ниске цене и може се усмерити на одређену позицију материјала. Може постићи тренутно топљење металних материјала и испунити захтеве преклапања канала топљења и обликовања делова.

Основни принципи ласерског 3Д штампања

Ласери који се користе у ласерском 3Д штампању укључују влакнасте ласере, полупроводничке ласере, Nd:YAG ласере и CO2 ласере. Различити материјали различито апсорбују ласере различитих таласних дужина. Обично се CO2 ласери користе за штампање полимера, док се влакнасти ласери користе за штампање металних прахова.

Према различитим методама обраде, ласерска адитивна производња може се поделити на селективно ласерско синтеровање, селективно ласерско топљење, директно ласерско синтеровање метала, ласерско наношење праха, директно наношење метала итд. Међу њима, селективно ласерско топљење (SLM) је једна од најчешће коришћених технологија 3D штампања метала ласером.

Основна структура уређаја за штампање селективним ласерским топљењем (SLM) приказана је на слици. Пре штампања, 3Д модел мора бити слојевит, а затим се мора одредити путања скенирања. Први корак је равномерно стругање радне површине стругачем и наношење слоја праха на њу; други корак је скенирање одређене путање на овом слоју праха ласером да би се он отопио и одштампао слој; трећи корак је померање радне површине један слој надоле, а затим понављање горе наведене операције да би се слојеви штампања сложили одоздо нагоре, чиме се формира 3Д део који се штампа. Да би се спречила оксидација, радна комора мора бити евакуисана и напуњена инертним гасом током целог процеса.

Потражња за ласерима у ласерском 3Д штампању
Потражња за ласерима у ласерском 3Д штампању се углавном огледа у два аспекта: с једне стране, снага и стабилност снаге, а с друге стране, квалитет снопа и величина тачке.

01 Снага и стабилност снаге

Процес 3Д штампања се углавном ослања на термички ефекат ласера. Интензитет ласера ​​мора да пређе одређени енергетски праг да би се материјал отопио. Стога се више пажње посвећује просечној излазној снази ласера ​​и није осетљив на импулсни режим ласера. Због тога се обично користе континуирани влакнасти ласери, а снага је отприлике распоређена између 100W и 1000W.
Што је модел већи и што је више слојева, то је време штампања дуже. Трајање је генерално од неколико сати до десетина сати. Стога се постављају високи захтеви за дугорочни стабилан рад ласера. Ако је температура превисока, метални прах може прегорети и чак проузроковати поновно топљење других обликованих делова; ако је температура прениска, метални прах се не отопи потпуно, сила везивања је недовољна и облик обликоване компоненте се можда неће одржати. Стога је стабилност снаге ласера ​​кључна за квалитет штампе.

02 Квалитет снопа и величина тачке

Квалитет снопа и величина тачке су једни од кључних параметара који одражавају тачност штампања. 3Д штампање се формира скенирањем ласерским снопом. Што је ласерска тачка мања, већа је тачност скенирања, већа је резолуција штампаног модела и деликатнија је површина штампаног дела.
Квалитет снопа се обично карактерише помоћу BPP или M2. Што је M2 ближи 1, то је бољи квалитет снопа, концентрисанија је ласерска енергија и мањи је топлотни ефекат на околно подручје; истовремено, што је бољи квалитет снопа, мањи је одговарајући угао дивергенције и мања ће бити фокусирана тачка.

03 GW Laser Tech и FASTFORM-ово истраживање у области 3Д штампања
GW Laser Tech, као светски лидер у производњи влакнастих ласера ​​високог сјаја, такође је активно истраживао ову област примене са порастом... Технологија 3Д штампања, и лансирао је једномодни ласер са континуираним влакнима од 500 W, таласне дужине 10μm/14μm, за 3Д штампање, намењен медицинским уређајима, аутомобилским деловима, ваздухопловству и другим областима.

Међу њима, различити пречници језгра од 10μm и 14μm одређују величину тачке, која углавном утиче на густину снаге ласера, односно количину светлосне енергије по јединици површине. Под истим условима снаге, што је мања величина тачке, већа је густина снаге ласера. Тачке велике густине снаге су погодне за штампање металних прахова са високим тачкама топљења или високим рефлексијама.

Предности производа:

➢ Ултра танак и лаган дизајн, висина од 19 инча (1,5U), тежина

➢ Структура производа усваја затворени дизајн, намењен окружењу 3Д штампања, значајно побољшавајући укупну поузданост ласера, ниво заштите IP65 и може континуирано радити у тешким условима као што су висока температура, висока влажност и велика количина прашине.

➢ Максимална снага је 500W, што је довољно за обликовање уобичајених металних материјала као што су аустенитни нерђајући челик, мартензитни нерђајући челик, легура титанијума, легура на бази никла за високе температуре, легура алуминијума, легура магнезијума итд.

➢ Добра стабилност напајања, флуктуација по сату

➢ Добар квалитет снопа, M2

FASTFORM (FastForm) је компанија специјализована за истраживање и развој технологије и опреме за 3Д штампање и може да пружи врхунске услуге брзе израде прототипова и пратећа решења. Успоставили смо дубинску сарадњу са Guanghui Laser-ом и у будућности ћемо спроводити експерименте и истраживања 3Д штампања на кључним деловима у областима ваздухопловства, аутомобилских модела, биомедицине итд. Лансирали смо FF-M140 производе са једним ласером, FF-M150 моделе специфичне за наставу, FF-M180D моделе са двоструким ласером специфичне за стоматолошку употребу, FF-M300H индустријске моделе са ласером велике снаге од 1000W, FF-M500 моделе са двоструким ласером и FF-M800 производе са четири ласера, и сви они су масовно произведени и подржавају прилагођена решења за локализацију. Независно смо развили FastLayer, софтвер за сечење и генерисање путања помоћу више ласера. Опрема је потпуно аутоматска и не захтева надзор.

Овај производ има следеће значајне предности:

➢ Технологија двосмерног и променљивог наношења праха, висока стопа искоришћења праха.

➢ Независно развијен софтвер за аутоматско сечење и планирање путање једним кликом.

➢ Долази са сопственом камером, која може да оствари потпуно аутоматску контролу и даљински рад без надзора.

➢ Опрема користи интегрисану структуру за заваривање, која је веома стабилна и једноставна за инсталацију.

Тренутно стање и перспективе развоја индустрије 3Д штампања
Тренутно, 3Д штампање је ушло у еру брзе израде прототипова. Према статистици Кинеског истраживачког института за пословну индустрију, машинска индустрија чини највећи удео у низводним областима примене у 2021. години, достигавши 17,5%, затим следе потрошачка електроника (16,6%) и аутомобили (16,1%). Са брзим развојем потрошачке електронике и аутомобилске индустрије, области примене 3Д штампања у ове две области ће се додатно проширити у будућности.

Што се тиче обима индустрије, према прогнози Кинеске инвестиционе мреже: просечна годишња стопа раста 3Д штампања од 2021. до 2025. године биће око 26,59%, и достићи ће 70,1 милијарду јуана 2025. године.

3Д штампање обухвата три аспекта: опрему, материјале и услуге, међу којима опрема за штампање чини највећи удео. Према подацима које је објавио CCID, обим кинеске индустрије опреме за 3Д штампање у 2020. години износио је 9,254 милијарде јуана, што чини највећи удео.

Тренутно је цена опреме за 3Д штампање и даље релативно висока. С једне стране, то је због страних патената и монопола. С друге стране, то је зато што је 3Д индустрија у мојој земљи касно почела, потражња је мала, а степен аутономије низак. Са надоградњом и развојем врхунске производне индустрије моје земље, развојем технологије и смањењем трошкова, 3Д индустрија штампања у мојој земљи ће у будућности показати тренд све веће локализације. Тесна сарадња између произвођача опреме је кључна за промоцију развоја 3Д технологије штампања великих размера.

Гуангхуи Ласер се не фокусира само на истраживање и иновације у технологији ласерских производа, већ наставља да истражује и област технологије ласерске обраде и посвећен је помагању купцима у решавању проблема у примени. Као водећи домаћи произвођач опреме за 3Д штампање, ФАСТФОРМ је упознат са свим аспектима 3Д штампања и има искусан консултантски тим који купцима пружа професионалне врхунске производе у области 3Д штампања. У будућности, Гуангхуи Ласер ће сарађивати са ФАСТФОРМ-ом како би промовисао примену и развој технологије ласерског 3Д штампања у Кини и помогао у унапређењу индустрије. Извор: Гуангхуи Ласер Аутор: Инжењер примене Гу Ђиаксинг