Fonaments de la impressió làser 3D
La fabricació additiva (impressió 3D) de materials metàl·lics té una gran demanda en aviació, aeroespacial, navegació, vehicles, fabricació de motlles, equips mèdics i altres camps.Actualment, la font de calor utilitzada en el procés de fabricació d'additius metàl·lics inclou tres feixos d'alta energia de feix làser, feix d'electrons, plasma de microfeix i entrada de calor de sinterització, etc., dels quals el feix làser és el feix d'alta energia més utilitzat. font de calor del feix en el camp de la fabricació additiva metàl·lica.En comparació amb el feix d'electrons i la font de calor de plasma de microfeix, el feix làser té els avantatges d'una acció fina, de baix cost i d'acció direccional a la posició del material especificada, que pot realitzar la fusió instantània de materials metàl·lics i complir els requisits de lligat del canal de fusió. i formant part.
Els làsers utilitzats en la impressió làser 3D inclouen làsers de fibra, làsers de semiconductors, làsers Nd:YAG i làsers de CO2.Diferents materials absorbeixen diferents làsers de diferents longituds d'ona.En general, el polímer d'impressió és principalment làsers de CO2, mentre que la impressió 3D de pols metàl·liques utilitza principalment làsers de fibra.Segons els diferents mètodes de processament, la fabricació additiva làser es pot dividir en sinterització làser selectiva, fusió làser selectiva, sinterització làser directa de metalls, deposició làser de pols, deposició directa de metalls, etc.Entre elles, la fusió per làser selectiva (SLM) és actualment una de les tecnologies d'impressió 3D làser metàl·lica més utilitzades.A la figura es mostra l'estructura bàsica d'un dispositiu d'impressió de fusió làser selectiva (SLM).Abans d'imprimir, es posa en capes el model 3D i després es determina la trajectòria d'escaneig.El primer pas és raspar uniformement la taula amb una espàtula i posar-hi una capa de pols;el segon pas, utilitzar un làser per escanejar una trajectòria específica sobre aquesta capa de pols per fondre-la i realitzar una capa d'impressió;el tercer pas, moveu la taula cap avall una capa i, a continuació, cicleu les operacions anteriors, de manera que la capa d'impressió s'apila de baix a dalt, de manera que es formen les peces 3D a imprimir.Per evitar l'oxidació, tot el procés implica l'extracció d'aire de la cambra de treball i l'ompliment de gas inert.
▲ Principis bàsics dels equips d'impressió SLM
La demanda de làsers en la impressió làser 3D
La demanda de làsers per a la impressió làser en 3D es reflecteix principalment en dos aspectes: d'una banda, potència i estabilitat de potència, d'altra banda, qualitat del feix i mida del punt.(1) El procés de formació d'impressió 3D d'estabilitat de potència i potència es basa principalment en l'efecte tèrmic del làser, la intensitat del làser ha de superar un cert llindar d'energia per fondre el material, de manera que es presta més atenció a la potència de sortida mitjana del làser, que no és sensible al mode de pols del làser, per la qual cosa s'acostuma a utilitzar làsers de fibra contínua, i la potència es distribueix aproximadament entre 100W i 1000W.Com més gran sigui el model, més capes hi haurà i més llarg serà el temps d'impressió.La durada general oscil·la entre unes poques hores i desenes d'hores.Per tant, hi ha requisits elevats per al funcionament estable a llarg termini dels làsers.Si la temperatura és alta, la pols metàl·lica pot cremar-se en excés, o fins i tot provocar que altres parts formades es tornin a fondre;la temperatura és baixa, la pols metàl·lica no es fon a fons, l'adhesió no és suficient i la forma del membre format pot no mantenir-se.Per tant, l'estabilitat de potència del làser és crucial per a la qualitat d'impressió.(2) Qualitat del feix i mida del punt La qualitat del feix i la mida del punt reflecteixen un dels paràmetres clau de la precisió d'impressió.La impressió 3D es forma mitjançant l'escaneig de raig làser, com més petit sigui el punt làser, més precisió de l'escaneig, més alta serà la resolució del model imprès i més delicada serà la superfície de la part impresa visible a simple vista.La massa del feix es caracteritza generalment per BPP o M2, com més propera és M2 a 1, el que indica que com millor sigui la qualitat del feix, més concentrada sigui l'energia làser, menor serà l'impacte sobre la calor circumdant;al mateix temps, com millor sigui la qualitat del feix, més petit serà l'angle de divergència corresponent i el punt enfocat serà corresponentment més petit.
GW Làser i Fastform's Exploració en el camp de la impressió 3D
GW Laser Tech, com a líder mundial en làsers de fibra d'alta brillantor, amb l'auge de la tecnologia d'impressió 3D, també està explorant activament en aquest camp d'aplicació, llançant un làser de fibra CW monomode 10μm/14μm de 500W per a aplicacions d'impressió 3D, per dispositius mèdics, peces d'automòbils, aeroespacial i altres camps.Entre ells, la mida del nucli diferent de 10 μm i 14 μm determina la mida del punt, afectant principalment la densitat de potència del làser, és a dir, l'energia de la llum per unitat d'àrea, en les mateixes condicions de potència, com més petita sigui la mida del punt, més gran serà el làser. densitat de potència i el punt d'alta densitat de potència és adequat per imprimir pols metàl·liques d'alt punt de fusió o d'alta reflexió.
▲ Avantatges del producte làser de fibra GW de 500 W de mode únic de 10 μm:
➢ Disseny ultra prim i lleuger, disseny d'alçada de 19 polzades 1.5U, pes <20 kg, estructura compacta, mida petita, pes lleuger, que ofereix una comoditat d'integració sense igual i una versatilitat flexible.
➢ L'estructura del producte adopta un disseny tancat, que millora considerablement la fiabilitat general del làser per a l'entorn d'impressió 3D, el nivell de protecció IP65 i pot continuar funcionant en entorns durs com ara alta temperatura, alta humitat i pols alta.
➢ La potència màxima és de 500 W, que és suficient per formar materials metàl·lics d'ús comú com ara acer inoxidable austenític, acer inoxidable martensític, aliatge de titani, superaliatge a base de níquel, aliatge d'alumini, aliatge de magnesi, etc.
➢ Bona estabilitat de potència, fluctuacions per hora <0,5%, per garantir la consistència del procés d'impressió ultra llarga.
➢ Bona qualitat del feix, M2<1.1, sortida de fibra monomode 10/14μm, petit punt de sortida, alta precisió d'impressió.
FastForm és una empresa especialitzada en la investigació i desenvolupament de tecnologia i equips d'impressió 3D, que pot oferir serveis de prototipat ràpid de primer nivell i solucions de suport.Ha establert una cooperació profunda amb GW Laser i en el futur realitzarà proves d'impressió 3D i investigació sobre components clau en aeroespacial, models d'automoció, biomedicina i altres camps.S'han llançat productes làser únics FF-M140, model especial d'ensenyament FF-M150, model especial oral làser dual FF-M180D, model industrial làser d'alta potència FF-M300H 1000W, model làser dual FF-M500, quatre productes làser FF-M800 i tots ells aconsegueixen una producció massiva, admeten solucions de localització personalitzades.Programari de generació de camins i tall multilàser desenvolupat de manera independent FastLayer.L'equip es controla de forma totalment automàtica i sense vigilància.▲ Impressora 3D metàl·lica làser dual FF-M180D de fabricació mesotesònica Aquest producte té els següents avantatges significatius: ➢ Tecnologia de posada de pols bidireccional i de velocitat variable, alta utilització de pols.➢ Desenvolupament de programari independent, finalització amb un sol clic del tall automàtic i planificació de rutes.➢ Càmera integrada, pot aconseguir de forma remota un control totalment automàtic, un funcionament sense vigilància.➢ L'equip adopta una estructura soldada integrada, amb una forta estabilitat i fàcil instal·lació
▲ FASTFORM FF-M180D amb productes d'impressió 3D làser GW 500W
La situació actual i les perspectives de desenvolupament de la indústria de la impressió 3D
En l'actualitat, la impressió 3D ha entrat a l'era del prototipat ràpid, segons les estadístiques de l'Institut de Recerca de la Indústria Comercial de la Xina, la indústria de la maquinària en el camp d'aplicacions aigües avall representa la proporció més gran el 2021, arribant al 17,5%, seguida de l'electrònica de consum ( 16,6%) i automòbils (16,1%).Amb el ràpid desenvolupament de les indústries de l'electrònica de consum i de l'automoció, les àrees d'aplicació de la impressió 3D en aquests dos camps s'ampliaran encara més en el futur.
En termes d'escala industrial, segons la projecció de CIC, la taxa de creixement composta mitjana anual de la impressió 3D el 2021-2025 és d'uns 26,59% i arribarà als 70.100 milions de iuans el 2025. La impressió 3D cobreix tres aspectes: equips, materials i serveis, dels quals els equips d'impressió són la majoria.Segons les dades publicades pel CCID, l'escala de la indústria d'equips d'impressió 3D de la Xina el 2020 és de 9.254 milions de iuans, la qual cosa representa la proporció més alta.Actualment, el preu dels equips d'impressió 3D encara és relativament alt, d'una banda, prové de patents i monopolis estrangers, d'altra banda, perquè la indústria 3D de la Xina va començar tard, la demanda és petita i el grau d'autonomia és baix.Amb l'actualització i el desenvolupament de la indústria de fabricació de gamma alta de la Xina, el desenvolupament de la tecnologia i la disminució dels costos, la indústria d'impressió 3D de la Xina mostrarà una tendència d'augment de la localització en el futur.La col·laboració estreta entre els fabricants de dispositius és fonamental per impulsar l'escala de la tecnologia d'impressió 3D.Guanghui Laser no només se centra en la investigació i la innovació de la tecnologia de productes làser, sinó que també explora contínuament en el camp de la tecnologia de processament làser i es compromet a ajudar els clients a resoldre problemes d'aplicació.Com a fabricant líder d'equips d'impressió 3D a la Xina, Micron Speed Manufacturing està familiaritzat amb tots els aspectes de la impressió 3D i compta amb un equip experimentat de consultors per oferir als clients productes de gamma alta en el camp de la impressió 3D professional.En el futur, Guanghui Laser treballarà amb Us Light Speed Manufacturing per promoure l'aplicació i el desenvolupament de la tecnologia d'impressió làser 3D a la Xina i ajudar a l'actualització industrial.
Hora de publicació: 24-feb-2022