Fondamenti di stampa laser 3D
La produzione additiva (stampa 3D) di materiali metallici è molto richiesta in aviazione, aerospaziale, navigazione, veicoli, produzione di stampi, attrezzature mediche e altri campi.Allo stato attuale, la fonte di calore utilizzata nel processo di produzione di additivi metallici comprende tre raggi ad alta energia di raggio laser, raggio di elettroni, plasma a micro raggi e apporto di calore di sinterizzazione, ecc., di cui il raggio laser è l'alta energia più utilizzata fonte di calore a fascio nel campo della produzione additiva di metalli.Rispetto al raggio di elettroni e alla sorgente di calore al plasma a microbeam, il raggio laser presenta i vantaggi di un punto fine, un basso costo e un'azione direzionale nella posizione del materiale specificata, che può realizzare la fusione istantanea di materiali metallici e soddisfare i requisiti della lappatura del canale di fusione e la formazione delle parti.
I laser utilizzati nella stampa laser 3D includono laser a fibra, laser a semiconduttore, laser Nd:YAG e laser CO2.Diversi materiali assorbono diversi laser di diverse lunghezze d'onda.In generale, il polimero di stampa è principalmente laser CO2, mentre la stampa 3D di polveri metalliche utilizza principalmente laser in fibra.In base ai diversi metodi di lavorazione, la produzione additiva laser può essere suddivisa in sinterizzazione laser selettiva, fusione laser selettiva, sinterizzazione laser diretta in metallo, deposizione di polvere laser, deposizione diretta di metallo e così via.Tra questi, la fusione laser selettiva (SLM) è attualmente una delle tecnologie di stampa 3D laser in metallo più utilizzate.La struttura di base di un dispositivo di stampa a fusione laser selettiva (SLM) è mostrata nella figura.Prima della stampa, il modello 3D viene stratificato e quindi viene determinata la traiettoria di scansione.Il primo passo è raschiare uniformemente il tavolo con una spatola e stendere uno strato di polvere su di esso;il secondo passaggio, utilizzare un laser per scansionare una traiettoria specifica su questo strato di polvere per fonderlo e realizzare uno strato di stampa;il terzo passaggio, spostare il tavolo in basso di uno strato, quindi eseguire le operazioni di cui sopra, in modo che lo strato di stampa sia impilato dal basso verso l'alto, in modo da formare le parti 3D da stampare.Per evitare l'ossidazione, l'intero processo prevede l'estrazione dell'aria dalla camera di lavoro e il suo riempimento con gas inerte.
▲ Principi di base delle apparecchiature di stampa SLM
La domanda di laser nella stampa laser 3D
La domanda di laser per la stampa laser 3D si riflette principalmente in due aspetti: da un lato, potenza e stabilità di potenza, dall'altro, qualità del raggio e dimensione dello spot.(1) Potenza e stabilità di potenza Il processo di formatura della stampa 3D si basa principalmente sull'effetto termico del laser, l'intensità del laser deve superare una certa soglia di energia per fondere il materiale, quindi viene prestata maggiore attenzione alla potenza di uscita media del laser, che non è sensibile alla modalità pulsata del laser, quindi di solito si usano laser a fibra continua e la potenza è approssimativamente distribuita tra 100W e 1000W.Più grande è il modello, più strati ci sono e più lungo è il tempo di stampa.La durata generale va da poche ore a decine di ore.Pertanto, ci sono requisiti elevati per il funzionamento stabile a lungo termine dei laser.Se la temperatura è elevata, la polvere metallica può bruciare eccessivamente o addirittura causare la rifusione di altre parti formate;la temperatura è bassa, la polvere metallica non è completamente fusa, l'adesione non è sufficiente e la forma dell'elemento formato potrebbe non essere mantenuta.Pertanto, la stabilità di potenza del laser è fondamentale per la qualità di stampa.(2) Qualità del raggio e dimensione dello spot La qualità del raggio e la dimensione dello spot riflettono uno dei parametri chiave della precisione di stampa.La stampa 3D è formata dalla scansione del raggio laser, più piccolo è il punto laser, maggiore è la precisione della scansione, maggiore è la risoluzione del modello stampato e più delicata è la superficie della parte stampata visibile ad occhio nudo.La massa del raggio è generalmente caratterizzata da BPP o M2, più M2 è vicino a 1, a indicare che migliore è la qualità del raggio, più concentrata è l'energia laser, minore è l'impatto sul calore circostante;allo stesso tempo, migliore è la qualità del raggio, minore è l'angolo di divergenza corrispondente e il punto focalizzato sarà corrispondentemente più piccolo.
GW Laser e di Fastform Esplorazione nel campo della stampa 3D
GW Laser Tech, in qualità di leader globale nei laser in fibra ad alta luminosità, con l'ascesa della tecnologia di stampa 3D, sta esplorando attivamente anche questo campo di applicazione, lanciando un laser in fibra CW monomodale da 500 W da 10 μm / 14 μm per applicazioni di stampa 3D, per dispositivi medici, parti automobilistiche, aerospaziale e altri campi.Tra questi, la diversa dimensione del diametro del nucleo di 10μm e 14μm determina la dimensione dello spot, influenzando principalmente la densità di potenza del laser, ovvero l'energia luminosa per unità di area, nelle stesse condizioni di potenza, minore è la dimensione dello spot, maggiore è il laser densità di potenza e il punto ad alta densità di potenza è adatto per la stampa di polvere metallica ad alto punto di fusione o ad alta riflessione.
▲ Vantaggi del prodotto laser a fibra monomodale 10μm laser GW 500W:
➢ Design ultrasottile e leggero, altezza 19 pollici 1,5U, peso < 20 kg, struttura compatta, dimensioni ridotte, peso leggero, per una praticità di integrazione senza precedenti e versatilità flessibile.
➢ La struttura del prodotto adotta un design chiuso, che migliora notevolmente l'affidabilità complessiva del laser per l'ambiente di stampa 3D, il livello di protezione IP65 e può continuare a funzionare in ambienti difficili come alta temperatura, alta umidità e polvere elevata.
➢ La potenza massima è di 500W, sufficiente per formare materiali metallici di uso comune come acciaio inossidabile austenitico, acciaio inossidabile martensitico, lega di titanio, superlega a base di nichel, lega di alluminio, lega di magnesio e così via.
➢ Buona stabilità di potenza, fluttuazioni all'ora <0,5%, per garantire la coerenza del processo di stampa ultra lunga.
➢ Buona qualità del raggio, M2<1.1, uscita fibra monomodale 10/14μm, punto di uscita piccolo, elevata precisione di stampa.
FastForm è un'azienda specializzata nella ricerca e nello sviluppo di tecnologie e attrezzature per la stampa 3D, in grado di fornire servizi di prototipazione rapida di prim'ordine e soluzioni di supporto.Ha stabilito una collaborazione approfondita con GW Laser e in futuro condurrà test di stampa 3D e ricerche su componenti chiave nel settore aerospaziale, modelli automobilistici, biomedicina e altri campi.Lancio di prodotti laser singoli FF-M140, modello speciale didattico FF-M150, modello speciale orale laser doppio FF-M180D, modello industriale laser ad alta potenza FF-M300H 1000W, modello laser doppio FF-M500, quattro prodotti laser FF-M800 e tutti raggiungono la produzione di massa, supportano soluzioni di localizzazione personalizzate.FastLayer, software sviluppato in modo indipendente per l'affettatura multi-laser e la generazione di percorsi.L'apparecchiatura è completamente controllata automaticamente e non presidiata.▲ Stampante 3D in metallo a doppio laser di produzione mesothesonic FF-M180D Questo prodotto presenta i seguenti vantaggi significativi: ➢ Tecnologia di posa della polvere a velocità variabile e bidirezionale, elevato utilizzo della polvere.➢ Sviluppo software indipendente, completamento con un clic della suddivisione automatica e pianificazione del percorso.➢ Fotocamera integrata, può ottenere da remoto un controllo completamente automatico, funzionamento non presidiato.➢ L'apparecchiatura adotta una struttura saldata integrata, con forte stabilità e facilità di installazione
▲ FASTFORM FF-M180D con prodotti di stampa 3D laser GW 500W
La situazione attuale e le prospettive di sviluppo del settore della stampa 3D
Allo stato attuale, la stampa 3D è entrata nell'era della prototipazione rapida, secondo le statistiche del China Commercial Industry Research Institute, l'industria dei macchinari nel campo di applicazione a valle rappresenta la quota maggiore nel 2021, raggiungendo il 17,5%, seguita dall'elettronica di consumo ( 16,6%) e automobili (16,1%).Con il rapido sviluppo dell'elettronica di consumo e dell'industria automobilistica, le aree di applicazione della stampa 3D in questi due campi saranno ulteriormente ampliate in futuro.
In termini di scala industriale, secondo la proiezione di CIC, il tasso di crescita medio annuo composto della stampa 3D nel 2021-2025 è di circa il 26,59% e raggiungerà i 70,1 miliardi di yuan nel 2025. La stampa 3D copre tre aspetti: attrezzature, materiali e servizi, di cui le attrezzature per la stampa rappresentano la maggioranza.Secondo i dati rilasciati da CCID, la portata dell'industria cinese delle apparecchiature per la stampa 3D nel 2020 è di 9,254 miliardi di yuan, rappresentando la percentuale più alta.Allo stato attuale, il prezzo delle apparecchiature per la stampa 3D è ancora relativamente alto, da un lato proviene da brevetti e monopoli stranieri, dall'altro perché l'industria cinese 3D è iniziata tardi, la domanda è piccola e il grado di autonomia è basso.Con l'aggiornamento e lo sviluppo dell'industria manifatturiera cinese di fascia alta, lo sviluppo della tecnologia e il calo dei costi, l'industria della stampa 3D cinese mostrerà una tendenza all'aumento della localizzazione in futuro.La stretta collaborazione tra i produttori di dispositivi è fondamentale per guidare la portata della tecnologia di stampa 3D.Guanghui Laser non si concentra solo sulla ricerca e l'innovazione della tecnologia dei prodotti laser, ma esplora continuamente anche nel campo della tecnologia di elaborazione laser e si impegna ad aiutare i clienti a risolvere i problemi applicativi.In qualità di produttore leader di apparecchiature per la stampa 3D in Cina, Micron Speed Manufacturing conosce tutti gli aspetti della stampa 3D e dispone di un team di consulenti esperti per fornire ai clienti prodotti di fascia alta nel campo della stampa 3D professionale.In futuro, Guanghui Laser lavorerà con Us Light Speed Manufacturing per promuovere l'applicazione e lo sviluppo della tecnologia di stampa 3D laser in Cina e aiutare l'aggiornamento industriale.
Tempo di pubblicazione: 24 febbraio 2022