Βασικές αρχές της τρισδιάστατης εκτύπωσης με λέιζερ
Η κατασκευή πρόσθετων (τρισδιάστατη εκτύπωση) μεταλλικών υλικών έχει μεγάλη ζήτηση στην αεροπορία, την αεροδιαστημική, τη ναυσιπλοΐα, τα οχήματα, την κατασκευή καλουπιών, τον ιατρικό εξοπλισμό και άλλους τομείς.Επί του παρόντος, η πηγή θερμότητας που χρησιμοποιείται στη διαδικασία κατασκευής πρόσθετων μετάλλων περιλαμβάνει τρεις δέσμες υψηλής ενέργειας δέσμης λέιζερ, δέσμης ηλεκτρονίων, πλάσματος μικροδέσμης και θερμότητας πυροσυσσωμάτωσης κ.λπ., εκ των οποίων η δέσμη λέιζερ είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη υψηλής ενέργειας πηγή θερμότητας δέσμης στον τομέα της κατασκευής πρόσθετων μετάλλων.Σε σύγκριση με τη δέσμη ηλεκτρονίων και την πηγή θερμότητας πλάσματος μικροδέσμης, η δέσμη λέιζερ έχει τα πλεονεκτήματα της λεπτής κηλίδας, του χαμηλού κόστους και της κατευθυντικής δράσης στην καθορισμένη θέση υλικού, η οποία μπορεί να πραγματοποιήσει τη στιγμιαία τήξη μεταλλικών υλικών και να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις της περιτύλιξης καναλιών σύντηξης και σχηματισμός μερών.
Τα λέιζερ που χρησιμοποιούνται στην τρισδιάστατη εκτύπωση λέιζερ περιλαμβάνουν λέιζερ ινών, λέιζερ ημιαγωγών, λέιζερ Nd:YAG και λέιζερ CO2.Διαφορετικά υλικά απορροφούν διαφορετικά λέιζερ διαφορετικών μηκών κύματος.Γενικά, το πολυμερές εκτύπωσης είναι κυρίως λέιζερ CO2, ενώ η τρισδιάστατη εκτύπωση μεταλλικών σκονών χρησιμοποιεί κυρίως λέιζερ ινών.Σύμφωνα με τις διαφορετικές μεθόδους επεξεργασίας, η κατασκευή προσθέτων λέιζερ μπορεί να χωριστεί σε επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση λέιζερ, επιλεκτική τήξη λέιζερ, άμεση πυροσυσσωμάτωση λέιζερ μετάλλων, εναπόθεση σκόνης λέιζερ, άμεση εναπόθεση μετάλλων και ούτω καθεξής.Μεταξύ αυτών, η επιλεκτική τήξη με λέιζερ (SLM) είναι σήμερα μία από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης με λέιζερ μετάλλων.Η βασική δομή μιας συσκευής εκτύπωσης επιλεκτικής τήξης λέιζερ (SLM) φαίνεται στο σχήμα.Πριν από την εκτύπωση, το τρισδιάστατο μοντέλο επιστρώνεται και στη συνέχεια προσδιορίζεται η τροχιά σάρωσης.Το πρώτο βήμα είναι να ξύσετε ομοιόμορφα το τραπέζι με μια σπάτουλα και να απλώσετε ένα στρώμα σκόνης πάνω του.Το δεύτερο βήμα, χρησιμοποιήστε ένα λέιζερ για να σαρώσετε μια συγκεκριμένη τροχιά σε αυτό το στρώμα σκόνης για να το λιώσετε και να πραγματοποιήσετε ένα στρώμα εκτύπωσης.Το τρίτο βήμα, μετακινήστε τον πίνακα κατά ένα στρώμα προς τα κάτω και, στη συνέχεια, κυκλώστε τις παραπάνω λειτουργίες, έτσι ώστε το στρώμα εκτύπωσης να στοιβάζεται από κάτω προς τα πάνω, έτσι ώστε να σχηματιστούν τα 3D μέρη που θα εκτυπωθούν.Προκειμένου να αποφευχθεί η οξείδωση, η όλη διαδικασία περιλαμβάνει την εξαγωγή αέρα από τον θάλαμο εργασίας και την πλήρωσή του με αδρανές αέριο.
▲ Βασικές αρχές του εξοπλισμού εκτύπωσης SLM
Η ζήτηση για λέιζερ στην τρισδιάστατη εκτύπωση με λέιζερ
Η ζήτηση για λέιζερ για τρισδιάστατη εκτύπωση λέιζερ αντικατοπτρίζεται κυρίως σε δύο πτυχές: αφενός, τη σταθερότητα ισχύος και ισχύος, αφετέρου, την ποιότητα δέσμης και το μέγεθος του σημείου.(1) Η διαδικασία διαμόρφωσης τρισδιάστατης εκτύπωσης σταθερότητας ισχύος και ισχύος βασίζεται κυρίως στη θερμική επίδραση του λέιζερ, η ένταση του λέιζερ πρέπει να υπερβαίνει ένα ορισμένο ενεργειακό όριο για να λιώσει το υλικό, επομένως δίνεται μεγαλύτερη προσοχή στη μέση ισχύ εξόδου του λέιζερ, η οποία δεν είναι ευαίσθητο στην παλμική λειτουργία του λέιζερ, επομένως χρησιμοποιούνται συνήθως λέιζερ συνεχών ινών και η ισχύς κατανέμεται κατά προσέγγιση μεταξύ 100W και 1000W.Όσο μεγαλύτερο είναι το μοντέλο, τόσο περισσότερα στρώματα υπάρχουν και τόσο μεγαλύτερος είναι ο χρόνος εκτύπωσης.Η γενική διάρκεια κυμαίνεται από μερικές ώρες έως δεκάδες ώρες.Επομένως, υπάρχουν υψηλές απαιτήσεις για τη μακροχρόνια σταθερή λειτουργία των λέιζερ.Εάν η θερμοκρασία είναι υψηλή, η μεταλλική σκόνη μπορεί να υπερκαεί ή ακόμα και να προκαλέσει την εκ νέου τήξη άλλων διαμορφωμένων μερών.η θερμοκρασία είναι χαμηλή, η μεταλλική σκόνη δεν έχει λιώσει καλά, η πρόσφυση δεν είναι αρκετή και το σχήμα του σχηματισμένου μέλους μπορεί να μην διατηρείται.Επομένως, η σταθερότητα ισχύος του λέιζερ είναι ζωτικής σημασίας για την ποιότητα εκτύπωσης.(2) Ποιότητα δέσμης και μέγεθος κηλίδας Η ποιότητα της δέσμης και το μέγεθος του σημείου αντικατοπτρίζουν μία από τις βασικές παραμέτρους της ακρίβειας εκτύπωσης.Η τρισδιάστατη εκτύπωση σχηματίζεται με σάρωση ακτίνας λέιζερ, όσο μικρότερο είναι το σημείο λέιζερ, τόσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια της σάρωσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάλυση του εκτυπωμένου μοντέλου και τόσο πιο λεπτή είναι ορατή με γυμνό μάτι η επιφάνεια του εκτυπωμένου μέρους.Η μάζα δέσμης χαρακτηρίζεται συνήθως από BPP ή M2, όσο πιο κοντά είναι το M2 στο 1, υποδεικνύοντας ότι όσο καλύτερη είναι η ποιότητα της δέσμης, τόσο πιο συγκεντρωμένη είναι η ενέργεια του λέιζερ, τόσο μικρότερη είναι η επίδραση στην περιβάλλουσα θερμότητα.Ταυτόχρονα, όσο καλύτερη είναι η ποιότητα της δέσμης, τόσο μικρότερη είναι η αντίστοιχη γωνία απόκλισης και το εστιασμένο σημείο θα είναι αντίστοιχα μικρότερο.
GW Λέιζερ και του Fastform Εξερεύνηση στον τομέα της τρισδιάστατης εκτύπωσης
Η GW Laser Tech, ως παγκόσμιος ηγέτης στα λέιζερ ινών υψηλής φωτεινότητας, με την άνοδο της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης, εξερευνά επίσης ενεργά αυτόν τον τομέα εφαρμογών, λανσάροντας ένα λέιζερ ινών 10μm/14μm CW single-mode 500W για εφαρμογές τρισδιάστατης εκτύπωσης, για ιατρικές συσκευές, ανταλλακτικά αυτοκινήτων, αεροδιαστημική και άλλους τομείς.Μεταξύ αυτών, 10μm και 14μm διαφορετικό μέγεθος διαμέτρου πυρήνα καθορίζει το μέγεθος της κηλίδας, επηρεάζοντας κυρίως την πυκνότητα ισχύος λέιζερ, δηλαδή την φωτεινή ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας, υπό τις ίδιες συνθήκες ισχύος, όσο μικρότερο είναι το μέγεθος της κηλίδας, τόσο μεγαλύτερο το λέιζερ πυκνότητα ισχύος και το σημείο υψηλής πυκνότητας ισχύος είναι κατάλληλο για εκτύπωση σκόνης μετάλλου υψηλού σημείου τήξης ή υψηλής ανάκλασης.
▲ Πλεονεκτήματα προϊόντος λέιζερ ινών GW 500W απλής λειτουργίας 10μm:
➢ Εξαιρετικά λεπτός, ελαφρύς σχεδιασμός, σχεδιασμός ύψους 19 ιντσών 1,5 U, βάρος < 20 kg, συμπαγής δομή, μικρό μέγεθος, μικρό βάρος, που προσφέρει απαράμιλλη ευκολία ενσωμάτωσης και ευέλικτη ευελιξία.
➢ Η δομή του προϊόντος υιοθετεί έναν κλειστό σχεδιασμό, ο οποίος βελτιώνει σημαντικά τη συνολική αξιοπιστία του λέιζερ για το περιβάλλον εκτύπωσης 3D, το επίπεδο προστασίας IP65 και μπορεί να συνεχίσει να λειτουργεί σε σκληρά περιβάλλοντα όπως υψηλή θερμοκρασία, υψηλή υγρασία και υψηλή σκόνη.
➢ Η μέγιστη ισχύς είναι 500 W, η οποία είναι αρκετή για να σχηματιστούν συνήθως χρησιμοποιούμενα μεταλλικά υλικά όπως ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας, μαρτενσιτικός ανοξείδωτος χάλυβας, κράμα τιτανίου, υπερκράμα με βάση το νικέλιο, κράμα αλουμινίου, κράμα μαγνησίου και ούτω καθεξής.
➢ Καλή σταθερότητα ισχύος, διακυμάνσεις ανά ώρα <0,5%, για να διασφαλιστεί η συνέπεια της διαδικασίας της εξαιρετικά μεγάλης εκτύπωσης.
➢ Καλή ποιότητα δέσμης, M2<1.1, single-mode έξοδος ινών 10/14μm, μικρό σημείο εξόδου, υψηλή ακρίβεια εκτύπωσης.
Η FastForm είναι μια εταιρεία που ειδικεύεται στην έρευνα και ανάπτυξη τεχνολογίας και εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης, η οποία μπορεί να παρέχει κορυφαίες υπηρεσίες γρήγορης δημιουργίας πρωτοτύπων και υποστηρικτικές λύσεις.Έχει δημιουργήσει σε βάθος συνεργασία με την GW Laser και θα διεξάγει δοκιμές τρισδιάστατης εκτύπωσης και έρευνα σε βασικά εξαρτήματα στην αεροδιαστημική, τα μοντέλα αυτοκινήτων, τη βιοϊατρική και άλλους τομείς στο μέλλον.Κυκλοφόρησε προϊόντα μονής λέιζερ FF-M140, ειδικό μοντέλο διδασκαλίας FF-M150, ειδικό στοματικό μοντέλο διπλού λέιζερ FF-M180D, βιομηχανικό μοντέλο λέιζερ υψηλής ισχύος FF-M300H, μοντέλο διπλού λέιζερ FF-M500, τέσσερα προϊόντα λέιζερ FF-M800 και όλα επιτυγχάνουν μαζική παραγωγή, υποστηρίζουν προσαρμοσμένες λύσεις τοπικής προσαρμογής.Ανεξάρτητο λογισμικό κοπής πολλαπλών λέιζερ και δημιουργίας διαδρομής FastLayer.Ο εξοπλισμός ελέγχεται πλήρως αυτόματα και χωρίς επίβλεψη.▲ Μεσοθεσονική κατασκευή FF-M180D διπλός μεταλλικός εκτυπωτής λέιζερ 3D Αυτό το προϊόν έχει τα ακόλουθα σημαντικά πλεονεκτήματα: ➢ Τεχνολογία αμφίδρομης και μεταβλητής ταχύτητας τοποθέτησης σκόνης, υψηλή χρήση σκόνης.➢ Ανεξάρτητη ανάπτυξη λογισμικού, ολοκλήρωση με ένα κλικ του αυτόματου τεμαχισμού και σχεδιασμού διαδρομής.➢ Ενσωματωμένη κάμερα, μπορεί να επιτύχει εξ αποστάσεως πλήρως αυτόματο έλεγχο, λειτουργία χωρίς επίβλεψη.➢ Ο εξοπλισμός υιοθετεί ενσωματωμένη συγκολλημένη δομή, με ισχυρή σταθερότητα και εύκολη εγκατάσταση
▲ FASTFORM FF-M180D με προϊόντα εκτύπωσης λέιζερ 3D GW 500W
Η τρέχουσα κατάσταση και οι προοπτικές ανάπτυξης του κλάδου της τρισδιάστατης εκτύπωσης
Επί του παρόντος, η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει εισέλθει στην εποχή της ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων, σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία του Ερευνητικού Ινστιτούτου Εμπορικής Βιομηχανίας της Κίνας, η βιομηχανία μηχανών στον τομέα των κατάντη εφαρμογών αντιπροσωπεύει το μεγαλύτερο ποσοστό το 2021, φτάνοντας το 17,5%, ακολουθούμενη από ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης ( 16,6%) και αυτοκίνητα (16,1%).Με την ταχεία ανάπτυξη των καταναλωτικών ηλεκτρονικών ειδών και της αυτοκινητοβιομηχανίας, οι τομείς εφαρμογής της τρισδιάστατης εκτύπωσης σε αυτούς τους δύο τομείς θα επεκταθούν περαιτέρω στο μέλλον.
Όσον αφορά τη βιομηχανική κλίμακα, σύμφωνα με την πρόβλεψη της CIC, ο μέσος ετήσιος ρυθμός ανάπτυξης της 3D εκτύπωσης το 2021-2025 είναι περίπου 26,59% και θα φτάσει τα 70,1 δισεκατομμύρια γιουάν το 2025. Η 3D εκτύπωση καλύπτει τρεις πτυχές: εξοπλισμό, υλικά και υπηρεσίες, εκ των οποίων ο εξοπλισμός εκτύπωσης αποτελεί την πλειοψηφία.Σύμφωνα με τα στοιχεία που δημοσίευσε το CCID, η κλίμακα της βιομηχανίας εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης της Κίνας το 2020 είναι 9,254 δισεκατομμύρια γιουάν, αντιπροσωπεύοντας το υψηλότερο ποσοστό.Επί του παρόντος, η τιμή του εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης εξακολουθεί να είναι σχετικά υψηλή, αφενός, προέρχεται από ξένες πατέντες και μονοπώλια, αφετέρου, επειδή η βιομηχανία 3D της Κίνας ξεκίνησε αργά, η ζήτηση είναι μικρή και ο βαθμός αυτονομίας είναι χαμηλός.Με την αναβάθμιση και την ανάπτυξη της μεταποιητικής βιομηχανίας υψηλών προδιαγραφών της Κίνας, την ανάπτυξη της τεχνολογίας και τη μείωση του κόστους, η βιομηχανία τρισδιάστατων εκτυπώσεων της Κίνας θα παρουσιάσει μια τάση αυξανόμενης τοπικής προσαρμογής στο μέλλον.Η στενή συνεργασία μεταξύ των κατασκευαστών συσκευών είναι κρίσιμη για την ανάπτυξη της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης.Το Guanghui Laser δεν εστιάζει μόνο στην έρευνα και την καινοτομία της τεχνολογίας προϊόντων λέιζερ, αλλά επίσης διερευνά συνεχώς στον τομέα της τεχνολογίας επεξεργασίας λέιζερ και δεσμεύεται να βοηθά τους πελάτες να λύσουν προβλήματα εφαρμογής.Ως κορυφαίος κατασκευαστής εξοπλισμού τρισδιάστατης εκτύπωσης στην Κίνα, η Micron Speed Manufacturing είναι εξοικειωμένη με όλες τις πτυχές της 3D εκτύπωσης και διαθέτει μια έμπειρη ομάδα συμβούλων για να παρέχει στους πελάτες προϊόντα υψηλών προδιαγραφών στον τομέα της επαγγελματικής τρισδιάστατης εκτύπωσης.Στο μέλλον, η Guanghui Laser θα συνεργαστεί με την Us Light Speed Manufacturing για να προωθήσει την εφαρμογή και την ανάπτυξη της τεχνολογίας εκτύπωσης λέιζερ 3D στην Κίνα και να βοηθήσει τη βιομηχανική αναβάθμιση.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-24-2022