Lazerinių priedų gamybos (AM) technologija, kurios pranašumai yra didelis gamybos tikslumas, didelis lankstumas ir aukštas automatizavimo laipsnis, plačiai naudojama pagrindinių komponentų gamyboje tokiose srityse kaip automobilių, medicinos, aviacijos ir kt. (pvz., raketų gamyba). kuro purkštukai, palydovinės antenos laikikliai, žmogaus implantai ir kt.). Ši technologija gali labai pagerinti spausdintų dalių derinį dėl integruotos medžiagos struktūros ir našumo gamybos. Šiuo metu lazerinių priedų gamybos technologija paprastai naudoja fokusuotą Gauso spindulį su aukštu centru ir žemu energijos pasiskirstymu. Tačiau dažnai lydalo metu susidaro dideli šiluminiai gradientai, dėl kurių vėliau susidaro poros ir stambūs grūdeliai. Spindulio formavimo technologija yra naujas šios problemos sprendimo būdas, pagerinantis spausdinimo efektyvumą ir kokybę reguliuojant lazerio spindulio energijos pasiskirstymą.
Palyginti su tradicine atimta ir lygiaverte gamyba, metalo priedų gamybos technologija turi privalumų, tokių kaip trumpas gamybos ciklo laikas, didelis apdorojimo tikslumas, didelis medžiagų panaudojimo lygis ir geras bendras dalių veikimas. Todėl metalo priedų gamybos technologija plačiai naudojama tokiose pramonės šakose kaip aviacija, ginklai ir įranga, branduolinė energija, biofarmacija ir automobiliai. Remiantis diskretiško krovimo principu, metalo priedų gamyboje naudojamas energijos šaltinis (pvz., lazeris, lankas ar elektronų pluoštas), kad ištirptų milteliai arba viela, o tada sukraunami sluoksnis po sluoksnio, kad būtų pagamintas tikslinis komponentas. Ši technologija turi didelių pranašumų gaminant mažas partijas, sudėtingas struktūras ar individualizuotas dalis. Medžiagos, kurių negalima arba kurias sunku apdoroti tradicine technika, taip pat tinka paruošti naudojant priedų gamybos metodus. Dėl minėtų privalumų priedų gamybos technologija sulaukė didelio mokslininkų dėmesio tiek šalies, tiek tarptautiniu mastu. Per pastaruosius kelis dešimtmečius priedų gamybos technologija sparčiai progresavo. Dėl lazerinių priedų gamybos įrangos automatizavimo ir lankstumo, taip pat dėl visapusiškų didelio lazerio energijos tankio ir didelio apdorojimo tikslumo pranašumų lazerinių priedų gamybos technologija išsivystė greičiausiai iš trijų aukščiau paminėtų metalo priedų gamybos technologijų.
Lazerinių metalo priedų gamybos technologijas dar galima suskirstyti į LPBF ir DED. 1 paveiksle parodyta tipinė LPBF ir DED procesų schema. LPBF procesas, taip pat žinomas kaip selektyvus lazerio lydymas (SLM), gali gaminti sudėtingus metalinius komponentus skenuojant didelės energijos lazerio spindulius fiksuotu keliu miltelių sluoksnio paviršiuje. Tada milteliai išsilydo ir sluoksnis po sluoksnio kietėja. DED procesas daugiausia apima du spausdinimo procesus: lydymosi nusodinimą lazeriu ir lazerinio vielos padavimo priedų gamybą. Abi šios technologijos gali tiesiogiai gaminti ir taisyti metalines dalis sinchroniškai tiekiant metalo miltelius arba vielą. Palyginti su LPBF, DED turi didesnį našumą ir didesnį gamybos plotą. Be to, šiuo metodu taip pat galima patogiai paruošti kompozicines medžiagas ir funkciškai surūšiuotas medžiagas. Tačiau DED spausdintų dalių paviršiaus kokybė visada yra prasta, todėl norint pagerinti tikslinio komponento matmenų tikslumą, reikia tolesnio apdorojimo.
Dabartiniame lazerinių priedų gamybos procese sufokusuotas Gauso spindulys paprastai yra energijos šaltinis. Tačiau dėl savo unikalaus energijos pasiskirstymo (aukštas centras, žemas kraštas) jis gali sukelti didelius šiluminius gradientus ir lydalo baseino nestabilumą. Dėl to prasta spausdintų dalių formavimo kokybė. Be to, jei išlydyto baseino centro temperatūra yra per aukšta, žemos lydymosi temperatūros metalo elementai išgaruos, o tai dar labiau padidins LBPF proceso nestabilumą. Todėl, padidėjus poringumui, žymiai sumažėja spausdintų dalių mechaninės savybės ir nuovargis. Netolygus Gauso pluoštų energijos pasiskirstymas taip pat lemia mažą lazerio energijos panaudojimo efektyvumą ir per daug energijos švaistymą. Siekdami pasiekti geresnę spausdinimo kokybę, mokslininkai pradėjo tyrinėti, kaip kompensuoti Gauso pluoštų defektus, modifikuodami proceso parametrus, tokius kaip lazerio galia, skenavimo greitis, miltelių sluoksnio storis ir skenavimo strategija, kad būtų galima kontroliuoti energijos įvedimo galimybę. Dėl labai siauro šio metodo apdorojimo lango fiksuoti fiziniai apribojimai riboja tolesnio optimizavimo galimybę. Pavyzdžiui, padidinus lazerio galią ir nuskaitymo greitį galima pasiekti aukštą gamybos efektyvumą, tačiau dažnai tai kainuoja spausdinimo kokybę. Pastaraisiais metais lazerio energijos paskirstymo keitimas taikant pluošto formavimo strategijas gali žymiai pagerinti gamybos efektyvumą ir spausdinimo kokybę, o tai gali tapti ateities lazerinių priedų gamybos technologijos plėtros kryptimi. Spindulio formavimo technologija paprastai reiškia įvesties pluošto bangos fronto pasiskirstymą, kad būtų pasiektas norimas intensyvumo pasiskirstymas ir sklidimo charakteristikos. Sijos formavimo technologijos taikymas metalo priedų gamybos technologijoje parodytas 2 pav.
Spindulio formavimo technologijos taikymas lazerinių priedų gamyboje
Tradicinio Gauso pluošto spausdinimo trūkumai
Metalo lazerio priedų gamybos technologijoje lazerio spindulio energijos paskirstymas turi didelę įtaką spausdinamų detalių kokybei. Nors Gauso pluoštai buvo plačiai naudojami metalinių lazerinių priedų gamybos įrangoje, jie turi rimtų trūkumų, tokių kaip nestabili spausdinimo kokybė, mažas energijos panaudojimas ir siauri proceso langai priedų gamybos procese. Tarp jų miltelių lydymosi procesas ir lydyto baseino dinamika metalo lazerinio priedų proceso metu yra glaudžiai susiję su miltelių sluoksnio storiu. Dėl miltelių purslų ir erozijos zonų tikrasis miltelių sluoksnio storis yra didesnis nei teoriškai tikėtasi. Antra, garų kolonėlė sukėlė pagrindinius atgalinės srovės purslus. Metalo garai susiduria su galine sienele ir susidaro purslai, kurie išpurškiami išilgai priekinės sienelės statmenai įgaubtai išlydyto baseino sričiai (kaip parodyta 3 paveiksle). Dėl sudėtingos lazerio spindulio ir purslų sąveikos išsilieję purslai gali rimtai paveikti vėlesnių miltelių sluoksnių spausdinimo kokybę. Be to, lydymosi baseine susidariusios raktų skylutės taip pat labai paveikia spausdintų dalių kokybę. Vidines atspausdinto kūrinio poras daugiausia sukelia nestabilios fiksavimo skylės.
Sijos formavimo technologijos defektų susidarymo mechanizmas
Sijos formavimo technologija vienu metu gali pagerinti kelių matmenų našumą, o tai skiriasi nuo Gauso spindulių, kurie pagerina našumą vienoje dimensijoje, paaukodami kitus matmenis. Sijos formavimo technologija gali tiksliai reguliuoti lydalo baseino temperatūros pasiskirstymą ir srauto charakteristikas. Kontroliuojant lazerio energijos pasiskirstymą, gaunamas gana stabilus išlydytas baseinas su nedideliu temperatūros gradientu. Tinkamas lazerio energijos paskirstymas yra naudingas norint sumažinti poringumą ir purškimo defektus bei pagerinti lazerinio spausdinimo ant metalinių dalių kokybę. Jis gali pasiekti įvairius gamybos efektyvumo ir miltelių panaudojimo patobulinimus. Tuo pačiu metu pluošto formavimo technologija suteikia mums daugiau apdorojimo strategijų, labai išlaisvindama proceso projektavimo laisvę, o tai yra revoliucinė pažanga lazerinių priedų gamybos technologijoje.
Paskelbimo laikas: 2024-02-28
