Grundlagen des Laser-3D-Drucks
Die additive Fertigung (3D-Druck) von Metallwerkstoffen ist in der Luft- und Raumfahrt, der Navigation, Fahrzeugen, dem Formenbau, der Medizintechnik und anderen Bereichen sehr gefragt.Gegenwärtig umfasst die Wärmequelle, die in dem additiven Metallherstellungsprozess verwendet wird, drei hochenergetische Strahlen von Laserstrahlen, Elektronenstrahlen, Mikrostrahlplasma und Sinterwärmezufuhr usw., von denen der Laserstrahl die am häufigsten verwendete Hochenergie ist Strahlwärmequelle im Bereich der additiven Metallfertigung.Verglichen mit der Elektronenstrahl- und Mikrostrahl-Plasmawärmequelle hat der Laserstrahl die Vorteile eines feinen Flecks, niedriger Kosten und einer gerichteten Wirkung auf die angegebene Materialposition, wodurch das sofortige Schmelzen von Metallmaterialien realisiert und die Anforderungen des Schmelzkanalläppens erfüllt werden können und Teilumformung.
Zu den beim Laser-3D-Druck verwendeten Lasern gehören Faserlaser, Halbleiterlaser, Nd:YAG-Laser und CO2-Laser.Unterschiedliche Materialien absorbieren unterschiedliche Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen.Im Allgemeinen handelt es sich beim Druckpolymer hauptsächlich um CO2-Laser, während beim 3D-Druck von Metallpulvern hauptsächlich Faserlaser verwendet werden.Entsprechend den verschiedenen Verarbeitungsverfahren kann die additive Laserfertigung in selektives Lasersintern, selektives Laserschmelzen, direktes Metall-Lasersintern, Laser-Pulverabscheidung, direkte Metallabscheidung usw. unterteilt werden.Unter ihnen ist das selektive Laserschmelzen (SLM) derzeit eine der am weitesten verbreiteten Metalllaser-3D-Drucktechnologien.Die Grundstruktur einer Druckvorrichtung für selektives Laserschmelzen (SLM) ist in der Abbildung dargestellt.Vor dem Druck wird das 3D-Modell geschichtet und anschließend die Scantrajektorie bestimmt.Der erste Schritt besteht darin, den Tisch mit einem Spatel gleichmäßig abzukratzen und eine Pulverschicht darauf aufzutragen;im zweiten Schritt scannen Sie mit einem Laser eine bestimmte Bahn auf dieser Pulverschicht, um sie zu schmelzen und eine Druckschicht zu realisieren;Bewegen Sie im dritten Schritt den Tisch um eine Schicht nach unten und führen Sie dann die obigen Vorgänge durch, sodass die Druckschicht von unten nach oben gestapelt wird, sodass die zu druckenden 3D-Teile gebildet werden.Um eine Oxidation zu verhindern, wird während des gesamten Prozesses die Arbeitskammer entlüftet und mit Inertgas gefüllt.
▲ Grundprinzipien von SLM-Druckgeräten
Die Nachfrage nach Lasern im Laser-3D-Druck
Die Nachfrage nach Lasern für den Laser-3D-Druck spiegelt sich hauptsächlich in zwei Aspekten wider: einerseits Leistung und Leistungsstabilität, andererseits Strahlqualität und Spotgröße.(1) Leistung und Leistungsstabilität Der 3D-Druckformprozess beruht hauptsächlich auf der thermischen Wirkung des Lasers. Die Laserintensität muss eine bestimmte Energieschwelle überschreiten, um das Material zu schmelzen. Daher wird der durchschnittlichen Ausgangsleistung des Lasers mehr Aufmerksamkeit geschenkt ist unempfindlich gegenüber dem Impulsmodus des Lasers, daher werden normalerweise kontinuierliche Faserlaser verwendet, und die Leistung ist grob zwischen 100 W und 1000 W verteilt.Je größer das Modell, desto mehr Schichten gibt es und desto länger die Druckzeit.Die allgemeine Dauer reicht von einigen Stunden bis zu mehreren zehn Stunden.An den langzeitstabilen Betrieb von Lasern werden daher hohe Anforderungen gestellt.Wenn die Temperatur hoch ist, kann das Metallpulver überbrennen oder sogar dazu führen, dass andere geformte Teile wieder schmelzen;die Temperatur ist niedrig, das Metallpulver wird nicht vollständig geschmolzen, die Haftung ist nicht ausreichend und die Form des geformten Elements kann nicht beibehalten werden.Daher ist die Leistungsstabilität des Lasers entscheidend für die Druckqualität.(2) Strahlqualität und Punktgröße Strahlqualität und Punktgröße spiegeln einen der Schlüsselparameter der Druckgenauigkeit wieder.Der 3D-Druck wird durch Laserstrahlscannen gebildet, je kleiner der Laserpunkt, desto höher die Genauigkeit des Scannens, desto höher die Auflösung des gedruckten Modells und desto empfindlicher ist die Oberfläche des gedruckten Teils mit bloßem Auge sichtbar.Die Strahlmasse wird normalerweise durch BPP oder M2 gekennzeichnet, je näher M2 an 1 liegt, was darauf hinweist, dass je besser die Strahlqualität, desto konzentrierter die Laserenergie, desto geringer die Auswirkung auf die umgebende Wärme;gleichzeitig gilt: Je besser die Strahlqualität, desto kleiner der entsprechende Divergenzwinkel und der fokussierte Fleck wird entsprechend kleiner.
GW Laser- und Fastforms Exploration im Bereich 3D-Druck
GW Laser Tech, als weltweit führender Anbieter von Faserlasern mit hoher Helligkeit, forscht mit dem Aufkommen der 3D-Drucktechnologie auch aktiv in diesem Anwendungsbereich und bringt einen 500-W-Singlemode-10μm/14μm-CW-Faserlaser für 3D-Druckanwendungen auf den Markt, z medizinische Geräte, Automobilteile, Luft- und Raumfahrt und andere Bereiche.Unter ihnen bestimmt die unterschiedliche Kerndurchmessergröße von 10 μm und 14 μm die Größe des Flecks und beeinflusst hauptsächlich die Laserleistungsdichte, dh die Lichtenergie pro Flächeneinheit. Unter denselben Leistungsbedingungen gilt: Je kleiner die Fleckgröße, desto größer der Laser Leistungsdichte, und der Punkt mit hoher Leistungsdichte eignet sich zum Drucken von Metallpulver mit hohem Schmelzpunkt oder hoher Reflexion.
▲ GW Laser 500W Singlemode 10μm Faserlaser Produktvorteile:
➢ Ultradünnes, leichtes Design, 19 Zoll 1,5 HE hohes Design, Gewicht < 20 kg, kompakte Struktur, geringe Größe, geringes Gewicht, bietet beispiellosen Integrationskomfort und flexible Vielseitigkeit.
➢ Die Produktstruktur nimmt ein geschlossenes Design an, das die Gesamtzuverlässigkeit des Lasers für die 3D-Druckumgebung, IP65-Schutzstufe, erheblich verbessert und weiterhin in rauen Umgebungen wie hohen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und viel Staub betrieben werden kann.
➢ Die maximale Leistung beträgt 500 W, was ausreicht, um häufig verwendete Metallmaterialien wie austenitischen Edelstahl, martensitischen Edelstahl, Titanlegierungen, Superlegierungen auf Nickelbasis, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen usw. zu formen.
➢ Gute Leistungsstabilität, Schwankungen pro Stunde < 0,5 %, um die Prozesskonstanz des ultralangen Drucks sicherzustellen.
➢ Gute Strahlqualität, M2 < 1,1, Singlemode-Faserausgang 10/14 μm, kleiner Ausgangsfleck, hohe Druckgenauigkeit.
FastForm ist ein Unternehmen, das sich auf die Forschung und Entwicklung von 3D-Drucktechnologie und -ausrüstung spezialisiert hat und erstklassige Rapid-Prototyping-Dienstleistungen und unterstützende Lösungen anbieten kann.Es hat eine intensive Zusammenarbeit mit GW Laser aufgebaut und wird in Zukunft 3D-Drucktests und Forschung an Schlüsselkomponenten in der Luft- und Raumfahrt, Automobilmodellen, Biomedizin und anderen Bereichen durchführen.Markteinführung von FF-M140-Einzellaserprodukten, FF-M150-Lehrspezialmodell, FF-M180D-Doppellaser-Mund-Sondermodell, FF-M300H-1000-W-Hochleistungslaser-Industriemodell, FF-M500-Doppellasermodell, FF-M800-Vierlaserprodukten und Alle erreichen Massenproduktion und unterstützen kundenspezifische Lokalisierungslösungen.Unabhängig entwickelte Multi-Laser-Slicing- und Pfadgenerierungssoftware FastLayer.Die Anlage wird vollautomatisch und unbeaufsichtigt gesteuert.▲ Mesothesonic Manufacturing FF-M180D Dual-Laser-Metall-3D-Drucker Dieses Produkt hat die folgenden wesentlichen Vorteile: ➢ Pulverbeschichtungstechnologie in zwei Richtungen und mit variabler Geschwindigkeit, hohe Pulverausnutzung.➢ Unabhängige Softwareentwicklung, automatisches Slicing und Pfadplanung mit einem Klick.➢ Eingebaute Kamera, kann aus der Ferne eine vollautomatische Steuerung und einen unbeaufsichtigten Betrieb erreichen.➢ Das Gerät hat eine integrierte geschweißte Struktur mit starker Stabilität und einfacher Installation
▲ FASTFORM FF-M180D mit GW 500W Laser-3D-Druckprodukten
Die aktuelle Situation und Entwicklungsperspektiven der 3D-Druckindustrie
Gegenwärtig ist der 3D-Druck in die Ära des Rapid Prototyping eingetreten. Laut den Statistiken des China Commercial Industry Research Institute macht die Maschinenindustrie im nachgelagerten Anwendungsbereich im Jahr 2021 mit 17,5 % den größten Anteil aus, gefolgt von der Unterhaltungselektronik ( 16,6 %) und Autos (16,1 %).Mit der rasanten Entwicklung der Unterhaltungselektronik- und Automobilindustrie werden die Anwendungsgebiete des 3D-Drucks in diesen beiden Bereichen zukünftig weiter ausgebaut.
In Bezug auf den industriellen Maßstab beträgt die durchschnittliche jährliche durchschnittliche Wachstumsrate des 3D-Drucks nach der Prognose des CIC im Zeitraum 2021-2025 etwa 26,59 % und wird 2025 70,1 Milliarden Yuan erreichen. Der 3D-Druck umfasst drei Aspekte: Ausrüstung, Materialien und Dienstleistungen, von denen Druckgeräte den Großteil ausmachen.Laut den von CCID veröffentlichten Daten beträgt der Umfang der chinesischen 3D-Druckgeräteindustrie im Jahr 2020 9,254 Milliarden Yuan, was den höchsten Anteil ausmacht.Derzeit ist der Preis für 3D-Druckgeräte noch relativ hoch, einerseits stammt er aus ausländischen Patenten und Monopolen, andererseits ist die 3D-Industrie in China spät gestartet, die Nachfrage gering und der Grad der Autonomie gering niedrig.Mit der Modernisierung und Entwicklung von Chinas High-End-Fertigungsindustrie, der Entwicklung von Technologie und dem Rückgang der Kosten wird Chinas 3D-Druckindustrie in Zukunft einen Trend zur zunehmenden Lokalisierung zeigen.Eine enge Zusammenarbeit zwischen Geräteherstellern ist entscheidend, um den Umfang der 3D-Drucktechnologie voranzutreiben.Guanghui Laser konzentriert sich nicht nur auf die Forschung und Innovation der Laserprodukttechnologie, sondern forscht auch kontinuierlich auf dem Gebiet der Laserbearbeitungstechnologie und engagiert sich dafür, Kunden bei der Lösung von Anwendungsproblemen zu unterstützen.Als führender Hersteller von 3D-Druck-Equipment in China ist Micron Speed Manufacturing mit allen Aspekten des 3D-Drucks vertraut und verfügt über ein erfahrenes Beraterteam, um Kunden High-End-Produkte im Bereich des professionellen 3D-Drucks anzubieten.In Zukunft wird Guanghui Laser mit Us Light Speed Manufacturing zusammenarbeiten, um die Anwendung und Entwicklung der Laser-3D-Drucktechnologie in China zu fördern und die industrielle Modernisierung zu unterstützen.
Postzeit: 24. Februar 2022