Osnove laserskog 3D ispisa
Aditivna proizvodnja (3D printanje) metalnih materijala vrlo je tražena u zrakoplovstvu, zrakoplovstvu, navigaciji, vozilima, proizvodnji kalupa, medicinskoj opremi i drugim područjima.Trenutačno izvor topline koji se koristi u procesu proizvodnje metalnih aditiva uključuje tri visokoenergetske zrake laserske zrake, elektronske zrake, mikro zrake plazme i unesenu toplinu sinteriranja itd., od kojih je laserska zraka najčešće korištena visokoenergetska zraka izvor topline snopa u području aditivne proizvodnje metala.U usporedbi s plazma izvorom topline elektronskog snopa i mikrozraka, laserski snop ima prednosti fine točke, niske cijene i usmjerenog djelovanja na određeni položaj materijala, što može ostvariti trenutačno taljenje metalnih materijala i ispuniti zahtjeve za preklapanje kanala fuzije i oblikovanje dijela.
Laseri koji se koriste u laserskom 3D ispisu uključuju fiber lasere, poluvodičke lasere, Nd:YAG lasere i CO2 lasere.Različiti materijali apsorbiraju različite lasere različitih valnih duljina.Općenito, polimer za ispis uglavnom je CO2 laser, dok se za 3D ispis metalnog praha uglavnom koriste laseri s vlaknima.Prema različitim metodama obrade, laserska aditivna proizvodnja može se podijeliti na selektivno lasersko sinteriranje, selektivno lasersko taljenje, izravno lasersko sinteriranje metala, lasersko taloženje praha, izravno taloženje metala i tako dalje.Među njima, selektivno lasersko taljenje (SLM) trenutno je jedna od najraširenijih tehnologija metalnog laserskog 3D ispisa.Osnovna struktura ispisnog uređaja za selektivno lasersko taljenje (SLM) prikazana je na slici.Prije ispisa 3D model se slojevito oblaže i zatim se određuje putanja skeniranja.Prvi korak je ravnomjerno struganje stola lopaticom i na njega položiti sloj praha;drugi korak, koristite laser za skeniranje određene putanje na ovom sloju praha kako biste ga otopili i ostvarili sloj ispisa;treći korak, pomaknite stol jedan sloj prema dolje, a zatim kružite gore navedenim operacijama, tako da se sloj za ispis slaže odozdo prema gore, tako da se formiraju 3D dijelovi za ispis.Kako bi se spriječila oksidacija, cijeli proces uključuje izvlačenje zraka iz radne komore i njeno punjenje inertnim plinom.
▲ Osnovni principi opreme za SLM ispis
Potražnja za laserima u laserskom 3D ispisu
Potražnja za laserima za laserski 3D ispis uglavnom se ogleda u dva aspekta: s jedne strane snaga i stabilnost snage, s druge strane kvaliteta snopa i veličina točke.(1) Snaga i stabilnost snage Proces oblikovanja 3D ispisa uglavnom se oslanja na toplinski učinak lasera, intenzitet lasera mora premašiti određeni energetski prag da bi se materijal otopio, pa se više pažnje posvećuje prosječnoj izlaznoj snazi lasera, koja nije osjetljiv na pulsni način rada lasera, pa se obično koriste laseri s kontinuiranim vlaknima, a snaga je grubo raspoređena između 100W i 1000W.Što je veći model, to ima više slojeva i duže je vrijeme ispisa.Općenito trajanje kreće se od nekoliko sati do nekoliko desetaka sati.Stoga postoje visoki zahtjevi za dugoročno stabilan rad lasera.Ako je temperatura visoka, metalni prah može pregorjeti ili čak uzrokovati ponovno taljenje drugih oblikovanih dijelova;temperatura je niska, metalni prah nije potpuno otopljen, prianjanje nije dovoljno, a oblik oblikovanog elementa možda se neće održati.Stoga je stabilnost snage lasera presudna za kvalitetu ispisa.(2) Kvaliteta snopa i veličina točke Kvaliteta snopa i veličina točke odražavaju jedan od ključnih parametara točnosti ispisa.3D ispis nastaje skeniranjem laserskom zrakom, što je laserska mrlja manja, veća je točnost skeniranja, veća je rezolucija ispisanog modela, a površina ispisanog dijela je delikatnija golim okom vidljiva.Masa zrake obično se karakterizira s BPP ili M2, što je M2 bliže 1, što ukazuje da što je bolja kvaliteta zrake, što je laserska energija koncentriranija, to je manji utjecaj na okolnu toplinu;u isto vrijeme, što je bolja kvaliteta zrake, to je manji odgovarajući kut divergencije, a fokusna točka će biti odgovarajuće manja.
GW Laser i Fastforma Istraživanje na polju 3D ispisa
GW Laser Tech, kao globalni lider u vlaknastim laserima visoke svjetline, s porastom tehnologije 3D ispisa, također aktivno istražuje u ovom polju primjene, lansirajući jednomodni 10μm/14μm CW vlaknasti laser od 500 W za aplikacije 3D ispisa, za medicinske uređaje, automobilske dijelove, zrakoplovstvo i druga područja.Među njima, 10 μm i 14 μm različite veličine promjera jezgre određuje veličinu točke, uglavnom utječući na gustoću snage lasera, to jest, svjetlosnu energiju po jedinici površine, pod istim uvjetima snage, što je manja veličina točke, to je laser veći gustoća snage, a mjesto visoke gustoće snage pogodno je za ispis metalnog praha visoke točke taljenja ili visoke refleksije.
▲ Prednosti proizvoda laserskog vlakna GW lasera od 500 W s jednim modom od 10 μm:
➢ Izuzetno tanak, lagan dizajn, dizajn visine 19 inča 1.5U, težina < 20 kg, kompaktna struktura, mala veličina, mala težina, dajući neusporedivu praktičnost integracije i fleksibilnu svestranost.
➢ Struktura proizvoda ima zatvoreni dizajn, što uvelike poboljšava ukupnu pouzdanost lasera za okruženje 3D ispisa, razinu zaštite IP65 i može nastaviti s radom u teškim uvjetima poput visoke temperature, visoke vlažnosti i velike prašine.
➢ Maksimalna snaga je 500 W, što je dovoljno za izradu uobičajeno korištenih metalnih materijala kao što su austenitni nehrđajući čelik, martenzitni nehrđajući čelik, legura titana, superlegura na bazi nikla, legura aluminija, legura magnezija i tako dalje.
➢ Dobra stabilnost napajanja, fluktuacije po satu <0,5%, kako bi se osigurala dosljednost procesa ultra-dugog ispisa.
➢ Dobra kvaliteta snopa, M2<1.1, single-mode 10/14μm izlaz vlakana, mala izlazna točka, visoka točnost ispisa.
FastForm je tvrtka specijalizirana za istraživanje i razvoj tehnologije i opreme za 3D ispis, koja može pružiti vrhunske usluge brze izrade prototipova i prateća rješenja.Uspostavio je dubinsku suradnju s tvrtkom GW Laser te će u budućnosti provoditi testove 3D ispisa i istraživanja ključnih komponenti u zrakoplovstvu, automobilskim modelima, biomedicini i drugim područjima.Lansirani jednostruki laserski proizvodi FF-M140, specijalni model za učenje FF-M150, specijalni oralni model s dvostrukim laserom FF-M180D, industrijski laserski model velike snage FF-M300H od 1000 W, dvostruki laserski model FF-M500, četiri laserska proizvoda FF-M800 i svi oni postižu masovnu proizvodnju, podržavaju prilagođena rješenja lokalizacije.Nezavisno razvijen softver za rezanje s više lasera i generiranje putanje FastLayer.Oprema je potpuno automatski kontrolirana i bez nadzora.▲ Mesothesonic proizvodni FF-M180D dvostruki laserski metalni 3D pisač Ovaj proizvod ima sljedeće značajne prednosti: ➢ Dvosmjerna tehnologija polaganja praha s promjenjivom brzinom, visoka iskoristivost praha.➢ Neovisan razvoj softvera, dovršetak automatskog rezanja i planiranja puta jednim klikom.➢ Ugrađena kamera, može daljinski postići potpuno automatsku kontrolu, rad bez nadzora.➢ Oprema ima integriranu zavarenu strukturu, s velikom stabilnošću i jednostavnom ugradnjom
▲ FASTFORM FF-M180D s proizvodima za laserski 3D ispis GW 500 W
Trenutno stanje i perspektive razvoja industrije 3D ispisa
Trenutačno je 3D ispis ušao u eru brze izrade prototipa, prema statistici Kineskog instituta za istraživanje komercijalne industrije, industrija strojeva u nizvodnom polju primjene čini najveći udio u 2021., dosegnuvši 17,5%, a slijedi je potrošačka elektronika ( 16,6%) i automobili (16,1%).S brzim razvojem potrošačke elektronike i automobilske industrije, područja primjene 3D printanja u ova dva polja u budućnosti će se dodatno proširiti.
Što se tiče industrijskih razmjera, prema projekciji CIC-a, prosječna godišnja stopa rasta 3D ispisa u razdoblju 2021.-2025. iznosi oko 26,59%, a dosegnut će 70,1 milijardu juana 2025. 3D ispis pokriva tri aspekta: opremu, materijale i usluge, od kojih oprema za ispis čini većinu.Prema podacima koje je objavio CCID, opseg kineske industrije opreme za 3D ispis u 2020. iznosi 9,254 milijarde juana, što predstavlja najveći udio.Trenutačno je cijena opreme za 3D ispis još uvijek relativno visoka, s jedne strane potječe od stranih patenata i monopola, s druge strane, budući da je kineska 3D industrija kasno započela, potražnja je mala, a stupanj autonomije je nizak.S nadogradnjom i razvojem kineske vrhunske proizvodne industrije, razvojem tehnologije i padom troškova, kineska industrija 3D ispisa pokazat će trend povećanja lokalizacije u budućnosti.Bliska suradnja između proizvođača uređaja ključna je za povećanje razmjera tehnologije 3D ispisa.Guanghui Laser ne samo da se usredotočuje na istraživanje i inovacije tehnologije laserskih proizvoda, već također kontinuirano istražuje na području tehnologije laserske obrade, te je predan pomaganju korisnicima u rješavanju problema primjene.Kao vodeći proizvođač opreme za 3D ispis u Kini, Micron Speed Manufacturing je upoznat sa svim aspektima 3D ispisa i ima iskusan tim konzultanata koji kupcima pružaju vrhunske proizvode u području profesionalnog 3D ispisa.U budućnosti će Guanghui Laser surađivati s Us Light Speed Manufacturingom na promicanju primjene i razvoja tehnologije laserskog 3D ispisa u Kini i pomoći industrijskoj nadogradnji.
Vrijeme objave: 24. veljače 2022