Metal 3D baskıda fiber lazerin uygulanmasının araştırılması

O Katkı Maddesi ÜretimiMetal malzemelerin 3 boyutlu baskı (3D baskı) işlemi, havacılık, uzay, navigasyon, araçlar, kalıp imalatı, tıbbi ekipman vb. alanlarda büyük talep görmektedir. Şu anda, metal katkılı imalat işleminde kullanılan ısı kaynakları arasında lazer ışını, elektron ışını ve mikro-ışın plazması olmak üzere üç yüksek enerjili ışın ve sinterleme ısı girişi bulunmaktadır. Bunlar arasında lazer ışını, metal katkılı imalat alanında en yaygın kullanılan yüksek enerjili ışın ısı kaynağıdır. Elektron ışını ve mikro-ışın plazma ısı kaynaklarıyla karşılaştırıldığında, lazer ışını ince nokta, düşük maliyet ve belirtilen malzeme konumuna yönlendirilebilme avantajlarına sahiptir. Metal malzemelerin anında erimesini sağlayabilir ve erime kanalı örtüşmesi ve parça şekillendirme gereksinimlerini karşılayabilir.

Lazer 3D baskının temel prensipleri

Lazer 3D baskıda kullanılan lazerler arasında fiber lazerler, yarı iletken lazerler, Nd:YAG lazerler ve CO2 lazerler bulunur. Farklı malzemeler, farklı dalga boylarındaki lazerleri farklı şekillerde emer. Genellikle CO2 lazerler polimerlerin baskısı için, fiber lazerler ise metal tozlarının baskısı için kullanılır.

Farklı işleme yöntemlerine göre, lazerle katkılı imalat, seçici lazer sinterleme, seçici lazer eritme, doğrudan metal lazer sinterleme, lazer toz biriktirme, doğrudan metal biriktirme vb. olarak sınıflandırılabilir. Bunlar arasında, seçici lazer eritme (SLM), en yaygın kullanılan metal lazer 3D baskı teknolojilerinden biridir.

Şekilde, seçici lazer eritme (SLM) baskı cihazının temel yapısı gösterilmektedir. Baskıdan önce, 3B model katmanlandırılmalı ve ardından tarama yörüngesi belirlenmelidir. İlk adım, çalışma tezgahını bir kazıyıcı ile eşit şekilde kazımak ve üzerine bir toz tabakası yaymaktır; ikinci adım, bu toz tabakası üzerinde belirli bir yörüngeyi lazerle tarayarak eritmek ve bir katman basmaktır; üçüncü adım, çalışma tezgahını bir katman aşağı indirmek ve ardından yukarıdaki işlemi tekrarlayarak baskı katmanlarını alttan üste doğru üst üste yığmak ve böylece basılacak 3B parçayı oluşturmaktır. Oksidasyonu önlemek için, tüm işlem boyunca çalışma odası vakumlanmalı ve inert gazla doldurulmalıdır.

Lazer 3D baskıda lazerlere olan talep
Lazer 3D baskıda lazerlere olan talep esas olarak iki açıdan kendini gösterir: bir yandan güç ve güç kararlılığı, diğer yandan ise ışın kalitesi ve nokta boyutu.

01 Güç ve güç kararlılığı

3D baskı işlemi esas olarak lazerin termal etkisine dayanır. Malzemenin erimesi için lazer yoğunluğunun belirli bir enerji eşiğini aşması gerekir. Bu nedenle, lazerin ortalama çıkış gücüne daha çok önem verilir ve lazerin darbe moduna duyarlı değildir. Bu yüzden genellikle sürekli fiber lazerler kullanılır ve güç yaklaşık olarak 100W ile 1000W arasında dağılır.
Model ne kadar büyük ve katman sayısı ne kadar fazla olursa, baskı süresi de o kadar uzar. Süre genellikle birkaç saatten onlarca saate kadar değişir. Bu nedenle, lazerin uzun süreli ve istikrarlı çalışmasına yüksek gereksinimler vardır. Sıcaklık çok yüksekse, metal tozu aşırı yanabilir ve hatta diğer şekillendirilmiş parçaların yeniden erimesine neden olabilir; sıcaklık çok düşükse, metal tozu tamamen erimez, yapışma kuvveti yetersiz kalır ve şekillendirilmiş parçanın şekli korunmayabilir. Bu nedenle, lazerin güç kararlılığı baskı kalitesi için çok önemlidir.

02 Işın kalitesi ve nokta boyutu

Lazer ışın kalitesi ve nokta boyutu, baskı doğruluğunu yansıtan temel parametrelerden biridir. 3D baskı, lazer ışın taramasıyla oluşturulur. Lazer noktası ne kadar küçük olursa, tarama doğruluğu o kadar yüksek, basılan modelin çözünürlüğü o kadar yüksek ve basılan parçanın yüzeyi o kadar hassas olur.
Işın kalitesi genellikle BPP veya M2 ile karakterize edilir. M2 değeri 1'e ne kadar yakınsa, ışın kalitesi o kadar iyi, lazer enerjisi o kadar yoğunlaşmış ve çevredeki alana olan ısı etkisi o kadar az olur; aynı zamanda, ışın kalitesi ne kadar iyi olursa, karşılık gelen sapma açısı o kadar küçük ve odaklanmış nokta o kadar küçük olur.

03 GW Laser Tech ve FASTFORM'un 3D baskı alanındaki araştırmaları
Yüksek parlaklıkta fiber lazerler alanında dünya lideri olan GW Laser Tech, bu uygulama alanını da aktif olarak araştırmaktadır. 3 boyutlu Baskı TeknolojisiAyrıca, tıbbi cihazlar, otomotiv parçaları, havacılık ve diğer alanları hedefleyen 3D baskı uygulamaları için 500W tek modlu 10μm/14μm sürekli fiber lazeri piyasaya sürdü.

Bunlar arasında, 10 μm ve 14 μm'lik farklı çekirdek çapları, esas olarak lazer güç yoğunluğunu, yani birim alan başına düşen ışık enerjisi miktarını etkileyen nokta boyutunu belirler. Aynı güç koşulları altında, nokta boyutu ne kadar küçükse, lazer güç yoğunluğu o kadar yüksek olur. Yüksek güç yoğunluğuna sahip noktalar, yüksek erime noktasına veya yüksek yansımaya sahip metal tozlarının basımı için uygundur.

Ürün avantajları:

➢ Ultra ince ve hafif tasarım, 19 inç 1.5U yükseklik tasarımı,

➢ Ürün yapısı, 3D baskı ortamına yönelik olarak kapalı bir tasarıma sahiptir, bu da lazerin genel güvenilirliğini önemli ölçüde artırır, IP65 koruma seviyesine sahiptir ve yüksek sıcaklık, yüksek nem ve yüksek toz gibi zorlu ortamlarda sürekli çalışabilir.

➢ Maksimum güç 500W olup, östenitik paslanmaz çelik, martensitik paslanmaz çelik, titanyum alaşımı, nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşımı, alüminyum alaşımı, magnezyum alaşımı vb. gibi yaygın metal malzemeleri şekillendirmek için yeterlidir.

➢ İyi güç kararlılığı, saatte %0,5'ten az dalgalanma, ultra uzun süreli baskı için işlem tutarlılığını sağlar.

➢ İyi ışın kalitesi, M2

FASTFORM (FastForm), 3D baskı teknolojisi ve ekipmanlarının araştırma ve geliştirilmesinde uzmanlaşmış bir şirkettir ve en üst düzey hızlı prototipleme hizmetleri ve destek çözümleri sunmaktadır. Guanghui Laser ile derinlemesine bir iş birliği kurduk ve gelecekte havacılık, otomobil modelleri, biyomedikal vb. alanlardaki önemli parçalar üzerinde 3D baskı deneyleri ve araştırmaları yürüteceğiz. FF-M140 tek lazerli ürünler, FF-M150 eğitim amaçlı modeller, FF-M180D çift lazerli diş hekimliği amaçlı modeller, FF-M300H 1000W yüksek güçlü lazerli endüstriyel modeller, FF-M500 çift lazerli modeller ve FF-M800 dört lazerli ürünler piyasaya sürdük ve bunların tümü seri üretime geçti ve özelleştirilmiş lokalizasyon çözümlerini desteklemektedir. Çoklu lazer dilimleme ve yol oluşturma yazılımı olan FastLayer'ı bağımsız olarak geliştirdik. Ekipman tamamen otomatik ve gözetimsizdir.

Bu ürünün aşağıdaki önemli avantajları vardır:

➢ Çift yönlü ve değişken hızlı toz yayma teknolojisi, yüksek toz kullanım oranı.

➢ Tek tıklamayla otomatik dilimleme ve yol planlamayı tamamlayan, bağımsız olarak geliştirilmiş yazılım.

➢ Kendi kamerasıyla birlikte gelir, bu sayede tamamen otomatik kontrol ve uzaktan gözetimsiz çalışma imkanı sağlar.

➢ Bu ekipman, yüksek stabilite ve kolay kurulum sağlayan entegre kaynaklı bir yapıya sahiptir.

3D baskı endüstrisinin mevcut durumu ve gelişim перспектиfleri
Günümüzde 3D baskı, hızlı prototipleme çağına girmiştir. Çin İşletme ve Sanayi Araştırma Enstitüsü'nün istatistiklerine göre, 2021 yılında en büyük uygulama alanı payına sahip sektör %17,5 ile makine sanayi olurken, bunu %16,6 ile tüketici elektroniği ve %16,1 ile otomotiv sektörü takip etmektedir. Tüketici elektroniği ve otomotiv sektörünün hızlı gelişimiyle birlikte, 3D baskının bu iki alandaki uygulama alanları gelecekte daha da genişleyecektir.

Çin Yatırım Ağı'nın tahminine göre, sektör ölçeği açısından 3D baskının 2021-2025 yılları arasında yıllık ortalama bileşik büyüme oranı yaklaşık %26,59 olacak ve 2025 yılında 70,1 milyar yuan'a ulaşacak.

3D baskı, ekipman, malzeme ve hizmetler olmak üzere üç yönü kapsar; bunların arasında baskı ekipmanı en büyük payı oluşturur. CCID tarafından yayınlanan verilere göre, Çin'in 3D baskı ekipmanı sektörünün 2020 yılındaki büyüklüğü 9,254 milyar yuan olup, en büyük payı oluşturmaktadır.

Şu anda 3D baskı ekipmanlarının fiyatı hala nispeten yüksek. Bunun bir nedeni yabancı patentler ve tekellerdir. Diğer bir nedeni ise ülkemizin 3D endüstrisinin geç başlaması, talebin az olması ve özerklik derecesinin düşük olmasıdır. Ülkemizin yüksek teknoloji üretim endüstrisinin gelişmesi ve iyileştirilmesi, teknolojinin gelişmesi ve maliyetlerin düşmesiyle birlikte, ülkemizin 3D baskı endüstrisi gelecekte artan bir yerelleşme eğilimi gösterecektir. Ekipman üreticileri arasındaki yakın iş birliği, 3D baskı teknolojisinin büyük ölçekli gelişimini teşvik etmek için çok önemlidir.

Guanghui Laser, yalnızca lazer ürün teknolojisinin araştırma ve inovasyonuna odaklanmakla kalmayıp, lazer işleme teknolojisi alanında da sürekli olarak araştırmalar yapmakta ve müşterilerinin uygulama sorunlarını çözmelerine yardımcı olmayı taahhüt etmektedir. Önde gelen yerli 3D baskı ekipmanı üreticisi FASTFORM, 3D baskının tüm yönlerine hakimdir ve müşterilerine 3D baskı alanında profesyonel ve üst düzey ürünler sunmak için deneyimli bir danışmanlık ekibine sahiptir. Gelecekte, Guanghui Laser, FASTFORM ile birlikte Çin'de lazer 3D baskı teknolojisinin uygulama ve gelişimini teşvik etmek ve sektörün yükseltilmesine yardımcı olmak için çalışacaktır. Kaynak: Guanghui Laser Yazar: Uygulama Mühendisi Gu Jiaxing