Fondamentaux de l'impression 3D laser
La fabrication additive (impression 3D) de matériaux métalliques est très demandée dans l'aviation, l'aérospatiale, la navigation, les véhicules, la fabrication de moules, l'équipement médical et d'autres domaines.À l'heure actuelle, la source de chaleur utilisée dans le processus de fabrication additive métallique comprend trois faisceaux à haute énergie de faisceau laser, faisceau d'électrons, plasma à micro-faisceau et apport de chaleur de frittage, etc., dont le faisceau laser est le faisceau à haute énergie le plus largement utilisé. source de chaleur à faisceau dans le domaine de la fabrication additive métallique.Comparé au faisceau d'électrons et à la source de chaleur plasma à microfaisceaux, le faisceau laser présente les avantages d'une action fine, à faible coût et directionnelle vers la position de matériau spécifiée, ce qui peut réaliser la fusion instantanée des matériaux métalliques et répondre aux exigences du rodage des canaux de fusion. et formage de pièces.
Les lasers utilisés dans l'impression 3D laser comprennent les lasers à fibre, les lasers à semi-conducteurs, les lasers Nd:YAG et les lasers CO2.Différents matériaux absorbent différents lasers de différentes longueurs d'onde.En général, le polymère d'impression est principalement des lasers CO2, tandis que l'impression 3D de poudres métalliques utilise principalement des lasers à fibre.Selon les différentes méthodes de traitement, la fabrication additive laser peut être divisée en frittage laser sélectif, fusion laser sélective, frittage laser direct de métal, dépôt de poudre laser, dépôt direct de métal, etc.Parmi elles, la fusion laser sélective (SLM) est actuellement l'une des technologies d'impression 3D laser métal les plus utilisées.La structure de base d'un dispositif d'impression à fusion laser sélective (SLM) est illustrée sur la figure.Avant l'impression, le modèle 3D est superposé, puis la trajectoire de numérisation est déterminée.La première étape consiste à gratter uniformément la table avec une spatule et à y déposer une couche de poudre;la deuxième étape, utiliser un laser pour balayer une trajectoire précise sur cette couche de poudre pour la faire fondre et réaliser une couche d'impression ;la troisième étape, déplacez la table vers le bas d'une couche, puis effectuez les opérations ci-dessus, de sorte que la couche d'impression soit empilée de bas en haut, de sorte que les pièces 3D à imprimer soient formées.Afin d'éviter l'oxydation, l'ensemble du processus implique l'extraction de l'air de la chambre de travail et son remplissage avec un gaz inerte.
▲ Principes de base de l'équipement d'impression SLM
La demande de lasers dans l'impression 3D laser
La demande de lasers pour l'impression 3D laser se traduit principalement par deux aspects : d'une part, la puissance et la stabilité de puissance, d'autre part, la qualité du faisceau et la taille du spot.(1) Le processus de formation d'impression 3D de stabilité de puissance et de puissance repose principalement sur l'effet thermique du laser, l'intensité du laser doit dépasser un certain seuil d'énergie pour faire fondre le matériau, donc plus d'attention est accordée à la puissance de sortie moyenne du laser, qui n'est pas sensible au mode d'impulsion du laser, il est donc généralement utilisé des lasers à fibre continue, et la puissance est approximativement répartie entre 100W et 1000W.Plus le modèle est grand, plus il y a de couches et plus le temps d'impression est long.La durée générale varie de quelques heures à plusieurs dizaines d'heures.Par conséquent, il existe des exigences élevées pour le fonctionnement stable à long terme des lasers.Si la température est élevée, la poudre métallique peut surchauffer ou même provoquer la refusion d'autres pièces formées;la température est basse, la poudre métallique n'est pas complètement fondue, l'adhérence n'est pas suffisante et la forme de l'élément formé peut ne pas être conservée.Par conséquent, la stabilité de puissance du laser est cruciale pour la qualité d'impression.(2) Qualité du faisceau et taille du spot La qualité du faisceau et la taille du spot reflètent l'un des paramètres clés de la précision d'impression.L'impression 3D est formée par balayage par faisceau laser, plus le point laser est petit, plus la précision du balayage est élevée, plus la résolution du modèle imprimé est élevée et plus la surface de la pièce imprimée est visible à l'œil nu.La masse du faisceau est généralement caractérisée par BPP ou M2, plus M2 est proche de 1, indiquant que meilleure est la qualité du faisceau, plus l'énergie laser est concentrée, plus l'impact sur la chaleur environnante est faible ;en même temps, plus la qualité du faisceau est bonne, plus l'angle de divergence correspondant est petit, et la tache focalisée sera d'autant plus petite.
GW Laser et Fastform's Exploration dans le domaine de l'impression 3D
GW Laser Tech, en tant que leader mondial des lasers à fibre haute luminosité, avec l'essor de la technologie d'impression 3D, explore également activement ce domaine d'application, en lançant un laser à fibre CW monomode 10 μm/14 μm de 500 W pour les applications d'impression 3D, pour dispositifs médicaux, pièces automobiles, aérospatiale et autres domaines.Parmi eux, une taille de diamètre de noyau différente de 10 μm et 14 μm détermine la taille du spot, affectant principalement la densité de puissance du laser, c'est-à-dire l'énergie lumineuse par unité de surface, dans les mêmes conditions de puissance, plus la taille du spot est petite, plus le laser est grand. densité de puissance, et le point de densité de puissance élevée convient à l'impression d'une poudre métallique à point de fusion élevé ou à haute réflexion.
▲ GW laser 500W laser à fibre monomode 10μm avantages du produit:
➢ Conception ultra-mince et légère, conception de hauteur 19 pouces 1.5U, poids < 20 kg, structure compacte, petite taille, poids léger, offrant une commodité d'intégration inégalée et une polyvalence flexible.
➢ La structure du produit adopte une conception fermée, ce qui améliore considérablement la fiabilité globale du laser pour l'environnement d'impression 3D, le niveau de protection IP65, et peut continuer à fonctionner dans des environnements difficiles tels que des températures élevées, une humidité élevée et une forte poussière.
➢ La puissance maximale est de 500W, ce qui est suffisant pour former des matériaux métalliques couramment utilisés tels que l'acier inoxydable austénitique, l'acier inoxydable martensitique, l'alliage de titane, le superalliage à base de nickel, l'alliage d'aluminium, l'alliage de magnésium, etc.
➢ Bonne stabilité de puissance, fluctuations par heure <0,5%, pour assurer la cohérence du processus d'impression ultra-longue.
➢ Bonne qualité de faisceau, M2<1.1, sortie fibre monomode 10/14μm, petit spot de sortie, haute précision d'impression.
FastForm est une société spécialisée dans la recherche et le développement de technologies et d'équipements d'impression 3D, qui peut fournir des services de prototypage rapide de premier ordre et des solutions de support.Elle a établi une coopération approfondie avec GW Laser et mènera à l'avenir des tests d'impression 3D et des recherches sur des composants clés dans l'aérospatiale, les modèles automobiles, la biomédecine et d'autres domaines.Lancement des produits laser simples FF-M140, modèle spécial d'enseignement FF-M150, modèle spécial oral double laser FF-M180D, modèle industriel laser haute puissance FF-M300H 1000W, modèle laser double FF-M500, produits laser FF-M800 à quatre et tous réalisent une production de masse, prennent en charge des solutions de localisation personnalisées.Logiciel de découpage multi-laser et de génération de trajectoire développé indépendamment FastLayer.L'équipement est entièrement contrôlé automatiquement et sans surveillance.▲ Fabrication mésothésonique Imprimante 3D métal double laser FF-M180D Ce produit présente les avantages significatifs suivants : ➢ Technologie de pose de poudre bidirectionnelle et à vitesse variable, utilisation élevée de la poudre.➢ Développement de logiciel indépendant, réalisation en un clic du découpage automatique et de la planification du chemin.➢ Caméra intégrée, peut réaliser à distance un contrôle entièrement automatique, un fonctionnement sans surveillance.➢ L'équipement adopte une structure soudée intégrée, avec une forte stabilité et une installation facile
▲ FASTFORM FF-M180D avec produits d'impression 3D laser GW 500W
La situation actuelle et les perspectives de développement de l'industrie de l'impression 3D
À l'heure actuelle, l'impression 3D est entrée dans l'ère du prototypage rapide, selon les statistiques de l'Institut de recherche de l'industrie commerciale de Chine, l'industrie des machines dans le domaine des applications en aval représente la plus grande proportion en 2021, atteignant 17,5 %, suivie de l'électronique grand public ( 16,6 %) et automobiles (16,1 %).Avec le développement rapide des industries de l'électronique grand public et de l'automobile, les domaines d'application de l'impression 3D dans ces deux domaines seront encore élargis à l'avenir.
En termes d'échelle industrielle, selon la projection du CIC, le taux de croissance annuel composé moyen de l'impression 3D en 2021-2025 est d'environ 26,59 %, et il atteindra 70,1 milliards de yuans en 2025. L'impression 3D couvre trois aspects : équipement, matériaux et les services, dont le matériel d'impression représente la majorité.Selon les données publiées par le CCID, l'échelle de l'industrie chinoise des équipements d'impression 3D en 2020 est de 9,254 milliards de yuans, ce qui représente la proportion la plus élevée.À l'heure actuelle, le prix des équipements d'impression 3D est encore relativement élevé, d'une part, il provient de brevets et de monopoles étrangers, d'autre part, car l'industrie 3D chinoise a démarré tardivement, la demande est faible et le degré d'autonomie est bas.Avec la modernisation et le développement de l'industrie manufacturière haut de gamme en Chine, le développement de la technologie et la baisse des coûts, l'industrie chinoise de l'impression 3D affichera une tendance à la localisation croissante à l'avenir.Une collaboration étroite entre les fabricants d'appareils est essentielle pour accélérer l'échelle de la technologie d'impression 3D.Guanghui Laser se concentre non seulement sur la recherche et l'innovation de la technologie des produits laser, mais explore également en permanence dans le domaine de la technologie de traitement au laser et s'engage à aider les clients à résoudre les problèmes d'application.En tant que fabricant leader d'équipements d'impression 3D en Chine, Micron Speed Manufacturing connaît tous les aspects de l'impression 3D et dispose d'une équipe de consultants expérimentés pour fournir aux clients des produits haut de gamme dans le domaine de l'impression 3D professionnelle.À l'avenir, Guanghui Laser travaillera avec Us Light Speed Manufacturing pour promouvoir l'application et le développement de la technologie d'impression 3D laser en Chine et aider à la modernisation industrielle.
Heure de publication : 24 février 2022