Základy laserového 3D tisku
Aditivní výroba (3D tisk) kovových materiálů je velmi žádaná v letectví, kosmonautice, navigaci, vozidlech, výrobě forem, lékařském vybavení a dalších oborech.V současné době zdroj tepla používaný v procesu výroby kovových přísad zahrnuje tři vysokoenergetické paprsky laserového paprsku, elektronový paprsek, mikropaprskové plazmové a slinovací tepelný příkon atd., z nichž laserový paprsek je nejrozšířenějším vysokoenergetickým paprskový zdroj tepla v oblasti aditivní výroby kovů.Ve srovnání s elektronovým paprskem a mikropaprskovým plazmovým zdrojem tepla má laserový paprsek výhody jemného bodu, nízké ceny a směrového působení do určené polohy materiálu, což může realizovat okamžité tavení kovových materiálů a splňovat požadavky na lapování fúzních kanálů. a tvarování dílů.
Lasery používané v laserovém 3D tisku zahrnují vláknové lasery, polovodičové lasery, Nd:YAG lasery a CO2 lasery.Různé materiály absorbují různé lasery různých vlnových délek.Obecně jsou tiskovým polymerem hlavně CO2 lasery, zatímco 3D tisk kovových prášků využívá hlavně vláknové lasery.Podle různých metod zpracování lze výrobu laserových aditiv rozdělit na selektivní laserové slinování, selektivní laserové tavení, přímé laserové slinování kovů, nanášení laserového prášku, přímé nanášení kovů atd.Mezi nimi je v současnosti jednou z nejrozšířenějších technologií laserového 3D tisku kovů selektivní laserové tavení (SLM).Základní struktura selektivního laserového tavného (SLM) tiskového zařízení je znázorněna na obrázku.Před tiskem se 3D model navrství a poté se určí trajektorie skenování.Prvním krokem je rovnoměrně oškrábat stůl špachtlí a položit na něj vrstvu prášku;ve druhém kroku použijte laser ke skenování konkrétní trajektorie na této vrstvě prášku, aby se roztavila a vytvořila se vrstva tisku;ve třetím kroku posuňte stůl o jednu vrstvu dolů a poté opakujte výše uvedené operace tak, aby byla vrstva tisku naskládána zdola nahoru, aby se vytvořily 3D díly k tisku.Aby se zabránilo oxidaci, celý proces zahrnuje odsávání vzduchu z pracovní komory a její plnění inertním plynem.
▲ Základní principy tiskových zařízení SLM
Poptávka po laserech v laserovém 3D tisku
Poptávka po laserech pro laserový 3D tisk se odráží především ve dvou aspektech: na jedné straně výkon a stabilita výkonu, na druhé straně kvalita paprsku a velikost bodu.(1) Výkonová a výkonová stabilita 3D tiskový proces formování závisí hlavně na tepelném účinku laseru, intenzita laseru musí překročit určitý energetický práh, aby se materiál roztavil, takže větší pozornost je věnována průměrnému výstupnímu výkonu laseru, který není citlivý na pulzní režim laseru, proto se obvykle používají kontinuální vláknové lasery a výkon je zhruba rozdělen mezi 100W a 1000W.Čím větší model, tím více vrstev a delší doba tisku.Obecná doba trvání se pohybuje od několika hodin až po desítky hodin.Proto jsou kladeny vysoké požadavky na dlouhodobý stabilní provoz laserů.Pokud je teplota vysoká, kovový prášek se může přepálit nebo dokonce způsobit přetavení jiných tvarovaných dílů;teplota je nízká, kovový prášek není důkladně roztaven, adheze není dostatečná a tvar tvarovaného prvku nemusí být zachován.Výkonová stabilita laseru je proto rozhodující pro kvalitu tisku.(2) Kvalita paprsku a velikost bodu Kvalita paprsku a velikost bodu odrážejí jeden z klíčových parametrů přesnosti tisku.3D tisk je tvořen skenováním laserovým paprskem, čím menší je laserový bod, tím vyšší je přesnost skenování, tím vyšší je rozlišení tištěného modelu a tím jemnější povrch tištěného dílu je viditelný pouhým okem.Hmotnost paprsku je obvykle charakterizována BPP nebo M2, čím blíže je M2 k 1, což znamená, že čím lepší je kvalita paprsku, čím koncentrovanější je laserová energie, tím menší je dopad na okolní teplo;současně platí, že čím lepší je kvalita paprsku, tím menší je odpovídající úhel divergence a zaostřený bod bude odpovídajícím způsobem menší.
GW Laser a Fastform's Průzkum v oblasti 3D tisku
GW Laser Tech, jako globální lídr v oblasti vláknových laserů s vysokým jasem, s rozvojem technologie 3D tisku, také aktivně zkoumá tuto oblast použití a uvádí na trh 500W jednorežimový 10μm/14μm CW vláknový laser pro 3D tisk. lékařské přístroje, automobilové díly, letectví a další obory.Mezi nimi 10 μm a 14 μm rozdílná velikost průměru jádra určuje velikost bodu, což ovlivňuje především hustotu výkonu laseru, to znamená světelnou energii na jednotku plochy, za stejných podmínek výkonu, čím menší je velikost bodu, tím větší je laser. hustota výkonu a bod s vysokou hustotou výkonu je vhodný pro tisk s vysokým bodem tání nebo vysoce reflexním kovovým práškem.
▲ GW laser 500W jednorežimový 10μm vláknový laser výhody produktu:
➢ Ultratenký, lehký design, 19 palců, výška 1,5U, hmotnost < 20 kg, kompaktní konstrukce, malé rozměry, nízká hmotnost, poskytující bezkonkurenční pohodlí při integraci a flexibilní všestrannost.
➢ Struktura produktu využívá uzavřený design, který výrazně zlepšuje celkovou spolehlivost laseru pro prostředí 3D tisku, úroveň ochrany IP65 a může pokračovat v provozu v náročných prostředích, jako je vysoká teplota, vysoká vlhkost a vysoká prašnost.
➢ Maximální výkon je 500W, což je dostačující pro tvarování běžně používaných kovových materiálů, jako je austenitická nerezová ocel, martenzitická nerezová ocel, titanová slitina, superslitina na bázi niklu, hliníková slitina, hořčíková slitina a tak dále.
➢ Dobrá stabilita výkonu, kolísání za hodinu <0,5 %, pro zajištění konzistence procesu ultra dlouhého tisku.
➢ Dobrá kvalita paprsku, M2<1.1, jednorežimový výstup vlákna 10/14μm, malý výstupní bod, vysoká přesnost tisku.
FastForm je společnost specializující se na výzkum a vývoj technologie a zařízení 3D tisku, která může poskytovat špičkové služby rychlého prototypování a podpůrná řešení.Navázala hloubkovou spolupráci s GW Laser a v budoucnu bude provádět testy 3D tisku a výzkum klíčových komponent v letectví, automobilovém průmyslu, biomedicíně a dalších oborech.Uvedeny na trh FF-M140 jednolaserové produkty, FF-M150 speciální model pro výuku, FF-M180D duální laserový orální speciální model, FF-M300H 1000W vysoce výkonný laserový průmyslový model, FF-M500 duální laserový model, FF-M800 čtyři laserové produkty a všechny dosahují sériové výroby a podporují přizpůsobená lokalizační řešení.Nezávisle vyvinutý software FastLayer pro multilaserové řezání a generování cest.Zařízení je plně automaticky řízeno a bez dozoru.▲ Mezotesonická výroba FF-M180D duální laserová kovová 3D tiskárna Tento produkt má následující významné výhody: ➢ Dvoucestná a variabilní technologie pokládání prášku, vysoké využití prášku.➢ Nezávislý vývoj softwaru, dokončení automatického krájení a plánování cesty jedním kliknutím.➢ Vestavěná kamera, může na dálku dosáhnout plně automatického ovládání, bezobslužného provozu.➢ Zařízení má integrovanou svařovanou konstrukci se silnou stabilitou a snadnou instalací
▲ FASTFORM FF-M180D s laserovými 3D tiskovými produkty GW 500W
Současná situace a vyhlídky rozvoje odvětví 3D tisku
V současné době vstoupil 3D tisk do éry rychlého prototypování, podle statistik China Commercial Industry Research Institute představuje strojírenský průmysl v oblasti navazujících aplikací největší podíl v roce 2021, který dosáhl 17,5 %, následovaný spotřební elektronikou ( 16,6 %) a automobily (16,1 %).S rychlým rozvojem spotřební elektroniky a automobilového průmyslu se v budoucnu budou aplikační oblasti 3D tisku v těchto dvou oborech dále rozšiřovat.
Pokud jde o průmyslové měřítko, podle projekce CIC je průměrná roční míra růstu 3D tisku v letech 2021–2025 asi 26,59 % a v roce 2025 dosáhne 70,1 miliardy juanů. 3D tisk pokrývá tři aspekty: vybavení, materiály a služby, z nichž většinu tvoří tiskařská zařízení.Podle údajů zveřejněných CCID je rozsah čínského průmyslu zařízení pro 3D tisk v roce 2020 9,254 miliardy juanů, což představuje nejvyšší podíl.V současné době je cena zařízení pro 3D tisk stále poměrně vysoká, na jedné straně pochází ze zahraničních patentů a monopolů, na straně druhé proto, že čínský 3D průmysl začal pozdě, poptávka je malá a míra autonomie nízký.S modernizací a rozvojem čínského špičkového zpracovatelského průmyslu, rozvojem technologií a poklesem nákladů bude čínský 3D tiskový průmysl v budoucnu vykazovat trend rostoucí lokalizace.Úzká spolupráce mezi výrobci zařízení je zásadní pro řízení rozsahu technologie 3D tisku.Guanghui Laser se nezaměřuje pouze na výzkum a inovace technologie laserových produktů, ale také neustále zkoumá v oblasti technologie laserového zpracování a je odhodlán pomáhat zákazníkům řešit aplikační problémy.Jako přední výrobce zařízení pro 3D tisk v Číně je Micron Speed Manufacturing obeznámen se všemi aspekty 3D tisku a má zkušený tým konzultantů, kteří zákazníkům poskytují špičkové produkty v oblasti profesionálního 3D tisku.V budoucnu bude Guanghui Laser spolupracovat s Us Light Speed Manufacturing na podpoře aplikace a vývoje technologie laserového 3D tisku v Číně a napomáhá průmyslové modernizaci.
Čas odeslání: 24. února 2022