Fundamentos de la impresión 3D láser
La fabricación aditiva (impresión 3D) de materiales metálicos tiene una gran demanda en la aviación, la industria aeroespacial, la navegación, los vehículos, la fabricación de moldes, los equipos médicos y otros campos.En la actualidad, la fuente de calor utilizada en el proceso de fabricación aditiva de metal incluye tres haces de alta energía de rayo láser, haz de electrones, plasma de microhaz y entrada de calor de sinterización, etc., de los cuales el rayo láser es el de alta energía más utilizado. fuente de calor de haz en el campo de la fabricación aditiva de metal.En comparación con el haz de electrones y la fuente de calor de plasma de microhaz, el haz láser tiene las ventajas de un punto fino, bajo costo y acción direccional a la posición del material especificado, lo que puede realizar la fusión instantánea de materiales metálicos y cumplir con los requisitos del lapeado del canal de fusión. y formación de piezas.
Los láseres utilizados en la impresión 3D láser incluyen láseres de fibra, láseres semiconductores, láseres Nd:YAG y láseres de CO2.Diferentes materiales absorben diferentes láseres de diferentes longitudes de onda.En general, el polímero de impresión es principalmente láseres de CO2, mientras que la impresión 3D de polvos metálicos utiliza principalmente láseres de fibra.Según los diferentes métodos de procesamiento, la fabricación aditiva por láser se puede dividir en sinterización selectiva por láser, fusión selectiva por láser, sinterización directa por láser de metal, deposición láser de polvo, deposición directa de metal, etc.Entre ellas, la fusión selectiva por láser (SLM) es actualmente una de las tecnologías de impresión 3D por láser de metal más utilizadas.La estructura básica de un dispositivo de impresión de fusión selectiva por láser (SLM) se muestra en la figura.Antes de imprimir, el modelo 3D se coloca en capas y luego se determina la trayectoria de escaneo.El primer paso es raspar uniformemente la mesa con una espátula y colocarle una capa de polvo;el segundo paso, use un láser para escanear una trayectoria específica en esta capa de polvo para fundirla y realizar una capa de impresión;el tercer paso, mueva la mesa hacia abajo una capa y luego haga un ciclo de las operaciones anteriores, de modo que la capa de impresión se apile de abajo hacia arriba, de modo que se formen las partes 3D que se imprimirán.Para evitar la oxidación, todo el proceso implica la extracción de aire de la cámara de trabajo y su llenado con gas inerte.
▲ Principios básicos de los equipos de impresión SLM
La demanda de láseres en la impresión láser 3D
La demanda de láseres para impresión láser 3D se refleja principalmente en dos aspectos: por un lado, potencia y estabilidad de potencia, por otro lado, calidad del haz y tamaño del punto.(1) El proceso de formación de impresión 3D de potencia y estabilidad de potencia se basa principalmente en el efecto térmico del láser, la intensidad del láser debe superar un cierto umbral de energía para derretir el material, por lo que se presta más atención a la potencia de salida promedio del láser, que no es sensible al modo de pulso del láser, por lo que generalmente se utilizan láseres de fibra continua, y la potencia se distribuye aproximadamente entre 100W y 1000W.Cuanto más grande sea el modelo, más capas habrá y mayor será el tiempo de impresión.La duración general oscila entre unas pocas horas y decenas de horas.Por lo tanto, existen altos requisitos para el funcionamiento estable a largo plazo de los láseres.Si la temperatura es alta, el polvo de metal puede sobrequemarse o incluso hacer que otras partes moldeadas se vuelvan a fundir;la temperatura es baja, el polvo de metal no se funde completamente, la adhesión no es suficiente y es posible que no se mantenga la forma del miembro formado.Por lo tanto, la estabilidad de potencia del láser es crucial para la calidad de impresión.(2) Calidad del haz y tamaño del punto La calidad del haz y el tamaño del punto reflejan uno de los parámetros clave de la precisión de impresión.La impresión 3D se forma mediante el escaneo de rayos láser, cuanto más pequeño es el punto láser, mayor es la precisión del escaneo, mayor es la resolución del modelo impreso y más delicada es la superficie de la parte impresa visible a simple vista.La masa del haz generalmente se caracteriza por BPP o M2, cuanto más cerca esté M2 de 1, lo que indica que cuanto mejor sea la calidad del haz, más concentrada será la energía del láser, menor será el impacto en el calor circundante;al mismo tiempo, cuanto mejor sea la calidad del haz, menor será el ángulo de divergencia correspondiente y el punto enfocado será correspondientemente más pequeño.
GW Láser y de forma rápida Exploración en el campo de la impresión 3D
GW Laser Tech, como líder mundial en láseres de fibra de alto brillo, con el auge de la tecnología de impresión 3D, también está explorando activamente este campo de aplicación, lanzando un láser de fibra CW monomodo de 500 W de 10 μm/14 μm para aplicaciones de impresión 3D, para Dispositivos médicos, piezas de automóviles, aeroespacial y otros campos.Entre ellos, el tamaño del diámetro del núcleo de 10 μm y 14 μm determina el tamaño del punto, lo que afecta principalmente la densidad de potencia del láser, es decir, la energía de la luz por unidad de área, en las mismas condiciones de potencia, cuanto menor es el tamaño del punto, mayor es el láser. densidad de potencia, y el punto de alta densidad de potencia es adecuado para imprimir polvo de metal de alto punto de fusión o alta reflexión.
▲ Ventajas del producto láser de fibra de 10 μm monomodo de láser GW de 500 W:
➢ Diseño liviano y ultradelgado, diseño de altura de 1.5U de 19 pulgadas, peso < 20 kg, estructura compacta, tamaño pequeño, peso liviano, lo que brinda una comodidad de integración incomparable y versatilidad flexible.
➢ La estructura del producto adopta un diseño cerrado, lo que mejora en gran medida la confiabilidad general del láser para el entorno de impresión 3D, el nivel de protección IP65 y puede continuar funcionando en entornos hostiles como alta temperatura, alta humedad y alto polvo.
➢ La potencia máxima es de 500 W, que es suficiente para formar materiales metálicos de uso común, como acero inoxidable austenítico, acero inoxidable martensítico, aleación de titanio, superaleación a base de níquel, aleación de aluminio, aleación de magnesio, etc.
➢ Buena estabilidad de potencia, fluctuaciones por hora <0,5%, para garantizar la consistencia del proceso de impresión ultralarga.
➢ Buena calidad de haz, M2<1.1, salida de fibra monomodo de 10/14 μm, punto de salida pequeño, alta precisión de impresión.
FastForm es una empresa especializada en la investigación y el desarrollo de tecnología y equipos de impresión 3D, que puede proporcionar servicios de creación rápida de prototipos y soluciones de apoyo de primer nivel.Ha establecido una cooperación profunda con GW Laser y realizará pruebas de impresión 3D e investigación sobre componentes clave en la industria aeroespacial, modelos automotrices, biomedicina y otros campos en el futuro.Lanzamiento de productos de láser único FF-M140, modelo especial de enseñanza FF-M150, modelo especial oral de láser doble FF-M180D, modelo industrial de láser de alta potencia FF-M300H de 1000 W, modelo de láser dual FF-M500, productos de cuatro láseres FF-M800 y todos ellos logran la producción en masa, admiten soluciones de localización personalizadas.Software FastLayer de corte multiláser y generación de trayectos desarrollado de forma independiente.El equipo se controla de forma completamente automática y sin supervisión.▲ Fabricación mesotesónica Impresora 3D de metal con láser dual FF-M180D Este producto tiene las siguientes ventajas significativas: ➢ Tecnología de colocación de polvo bidireccional y de velocidad variable, alta utilización de polvo.➢ Desarrollo de software independiente, finalización con un solo clic de corte automático y planificación de rutas.➢ Cámara incorporada, puede lograr de forma remota un control totalmente automático, operación desatendida.➢ El equipo adopta una estructura soldada integrada, con gran estabilidad y fácil instalación
▲ FASTFORM FF-M180D con productos de impresión 3D láser GW 500W
La situación actual y las perspectivas de desarrollo de la industria de la impresión 3D
En la actualidad, la impresión 3D ha entrado en la era de la creación rápida de prototipos, según las estadísticas del Instituto de Investigación de la Industria Comercial de China, la industria de la maquinaria en el campo de aplicaciones posteriores representa la mayor proporción en 2021, alcanzando el 17,5 %, seguida por la electrónica de consumo ( 16,6%) y automóviles (16,1%).Con el rápido desarrollo de las industrias de la electrónica de consumo y la automoción, las áreas de aplicación de la impresión 3D en estos dos campos se ampliarán aún más en el futuro.
En términos de escala industrial, según la proyección de CIC, la tasa de crecimiento compuesta anual promedio de la impresión 3D en 2021-2025 es de aproximadamente 26,59% y alcanzará los 70,1 mil millones de yuanes en 2025. La impresión 3D cubre tres aspectos: equipos, materiales y servicios, de los cuales los equipos de impresión representan la mayoría.Según los datos publicados por CCID, la escala de la industria de equipos de impresión 3D de China en 2020 es de 9254 millones de yuanes, lo que representa la proporción más alta.En la actualidad, el precio de los equipos de impresión 3D sigue siendo relativamente alto, por un lado, se origina en patentes y monopolios extranjeros, por otro lado, porque la industria 3D de China comenzó tarde, la demanda es pequeña y el grado de autonomía es bajo.Con la mejora y el desarrollo de la industria manufacturera de alta gama de China, el desarrollo de la tecnología y la disminución de los costos, la industria de impresión 3D de China mostrará una tendencia de localización creciente en el futuro.La estrecha colaboración entre los fabricantes de dispositivos es fundamental para impulsar la escala de la tecnología de impresión 3D.Guanghui Laser no solo se enfoca en la investigación e innovación de la tecnología de productos láser, sino que también explora continuamente en el campo de la tecnología de procesamiento láser y se compromete a ayudar a los clientes a resolver los problemas de las aplicaciones.Como fabricante líder de equipos de impresión 3D en China, Micron Speed Manufacturing está familiarizado con todos los aspectos de la impresión 3D y cuenta con un equipo experimentado de consultores para proporcionar a los clientes productos de alta gama en el campo de la impresión 3D profesional.En el futuro, Guanghui Laser trabajará con Us Light Speed Manufacturing para promover la aplicación y el desarrollo de la tecnología de impresión láser 3D en China y ayudar a la mejora industrial.
Hora de publicación: 24-feb-2022