הקוד התעשייתי – לייזר GW בהדפסת מתכת תלת מימדית

היסודות של הדפסת תלת מימד בלייזר

לייצור תוסף (הדפסת תלת מימד) של חומרי מתכת יש ביקוש רב בתעופה, תעופה וחלל, ניווט, כלי רכב, ייצור תבניות, ציוד רפואי ועוד.נכון לעכשיו, מקור החום המשמש בתהליך ייצור תוסף מתכת כולל שלוש קרני אנרגיה גבוהה של קרן לייזר, קרן אלקטרונים, פלזמה מיקרו קרן וכניסת חום סינטר וכו', מהן קרן הלייזר היא האנרגיה הגבוהה ביותר בשימוש. מקור חום קרן בתחום ייצור תוסף מתכת.בהשוואה לקרן האלקטרונים ומקור החום של פלזמה מיקרו-קרן, לקרן הלייזר יש את היתרונות של נקודה עדינה, עלות נמוכה ופעולה כיוונית למיקום החומר שצוין, מה שיכול לממש את ההיתוך המיידי של חומרי מתכת ולעמוד בדרישות של חיפוף ערוצי היתוך. ומתהווה חלק.

לייזרים המשמשים בהדפסת לייזר תלת מימדית כוללים לייזרים סיבים, לייזרים מוליכים למחצה, לייזרים Nd:YAG ולייזרי CO2.חומרים שונים סופגים לייזרים שונים באורכי גל שונים.באופן כללי, פולימר ההדפסה הוא בעיקר לייזר CO2, בעוד שהדפסת תלת מימד של אבקות מתכת משתמשת בעיקר בלייזרי סיבים.על פי שיטות העיבוד השונות, ניתן לחלק ייצור תוסף לייזר לסינטינג לייזר סלקטיבי, התכת לייזר סלקטיבית, סינטר לייזר מתכת ישיר, השקעת אבקת לייזר, השקת מתכת ישירה וכן הלאה.ביניהם, המסת לייזר סלקטיבית (SLM) היא כיום אחת מטכנולוגיות ההדפסה התלת מימדית בלייזר מתכת הנפוצות ביותר.המבנה הבסיסי של מכשיר הדפסת היתוך לייזר סלקטיבי (SLM) מוצג באיור.לפני ההדפסה, מודל התלת מימד מרובד ולאחר מכן נקבע מסלול הסריקה.הצעד הראשון הוא לגרד את השולחן באופן שווה בעזרת מרית ולהניח עליו שכבת אבקה;השלב השני, השתמש בלייזר כדי לסרוק מסלול ספציפי על שכבת אבקה זו כדי להמיס אותה ולממש שכבת הדפסה;בשלב השלישי, הזיזו את הטבלה למטה שכבה אחת, ולאחר מכן בצעו את הפעולות הנ"ל, כך ששכבת ההדפסה תהיה מוערמת מלמטה למעלה, כך שהחלקים התלת-ממדיים שיודפסו ייווצרו.על מנת למנוע חמצון, כל התהליך כולל שאיבת אוויר מתא העבודה ומילויו בגז אינרטי.

▲ עקרונות בסיסיים של ציוד הדפסה SLM

הביקוש ללייזרים בהדפסת תלת מימד בלייזר

הדרישה ללייזרים להדפסת תלת מימד בלייזר באה לידי ביטוי בעיקר בשני היבטים: מצד אחד כוח ויציבות כוח, מצד שני איכות האלומה וגודל הנקודה.(1) יציבות כוח וכוח תהליך יצירת הדפסת תלת מימד מסתמך בעיקר על ההשפעה התרמית של הלייזר, עוצמת הלייזר חייבת לחרוג מסף אנרגיה מסוים כדי להמיס את החומר, ולכן תשומת לב רבה יותר מוקדשת להספק המוצא הממוצע של הלייזר, אשר אינו רגיש למצב הדופק של הלייזר, לכן משתמשים בו בדרך כלל בלייזרי סיבים רציפים, וההספק מתחלק באופן גס בין 100W ל-1000W.ככל שהדגם גדול יותר, כך יש יותר שכבות, וזמן ההדפסה ארוך יותר.משך הזמן הכללי נע בין כמה שעות לעשרות שעות.לכן, קיימות דרישות גבוהות לפעולה יציבה לטווח ארוך של לייזרים.אם הטמפרטורה גבוהה, אבקת המתכת עלולה לשרוף יתר על המידה, או אפילו לגרום לחלקים נוצרים אחרים להימס מחדש;הטמפרטורה נמוכה, אבקת המתכת אינה נמסה ביסודיות, ההידבקות אינה מספיקה, וייתכן שצורת האיבר שנוצר לא תישמר.לכן, יציבות הכוח של הלייזר חיונית לאיכות ההדפסה.(2) איכות קרן וגודל נקודה איכות קרן וגודל נקודה משקפים את אחד הפרמטרים המרכזיים של דיוק ההדפסה.הדפסת תלת מימד נוצרת על ידי סריקת קרן לייזר, ככל שנקודת הלייזר קטנה יותר, דיוק הסריקה גבוה יותר, הרזולוציה של הדגם המודפס גבוהה יותר, וככל שמשטח החלק המודפס נראה לעין בלתי מזוינת.מסת קרן מאופיינת בדרך כלל ב-BPP או M2, ככל ש-M2 קרוב יותר ל-1, מה שמצביע על כך שככל שאיכות הקרן טובה יותר, ככל שאנרגיית הלייזר מרוכזת יותר, ההשפעה על החום שמסביב קטנה יותר;יחד עם זאת, ככל שאיכות האלומה טובה יותר, זווית ההתרחקות המתאימה קטנה יותר, והנקודה הממוקדת תהיה קטנה יותר בהתאם.

GW לייזר ו של Fastform חקר בתחום הדפסת תלת מימד

GW Laser Tech, כמובילה העולמית בלייזרי סיבים בהירות גבוהה, עם עלייתה של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד, בוחנת באופן פעיל גם בתחום יישומים זה, ומשיקה לייזר סיבים 10μm/14μm CW עם מצב יחיד של 500W עבור יישומי הדפסה תלת מימדיים, עבור מכשור רפואי, חלקי רכב, תעופה וחלל ותחומים אחרים.ביניהם, גודל קוטר ליבה שונה של 10 מיקרומטר ו- 14 מיקרומטר קובע את גודל הנקודה, המשפיע בעיקר על צפיפות הספק הלייזר, כלומר, אנרגיית האור ליחידת שטח, באותם תנאי כוח, ככל שגודל הנקודה קטן יותר, הלייזר גדול יותר. צפיפות הספק, ונקודת צפיפות ההספק הגבוהה מתאימה להדפסת נקודת התכה גבוהה או אבקת מתכת בעלת השתקפות גבוהה.

▲ יתרונות מוצר לייזר GW 500W במצב יחיד 10μm סיב:

➢ עיצוב דק במיוחד, קל משקל, עיצוב בגובה 19 אינץ' 1.5U, משקל < 20 ק"ג, מבנה קומפקטי, גודל קטן, משקל קל, נותן נוחות אינטגרציה שאין שני לה ורבגוניות גמישה.

➢ מבנה המוצר מאמץ עיצוב סגור, המשפר מאוד את האמינות הכוללת של הלייזר עבור סביבת הדפסת תלת מימד, רמת הגנה IP65, ויכול להמשיך לפעול בסביבות קשות כגון טמפרטורה גבוהה, לחות גבוהה ואבק גבוה.

➢ ההספק המרבי הוא 500W, וזה מספיק כדי ליצור חומרי מתכת נפוצים כגון נירוסטה אוסטניטית, נירוסטה מרטנסיטית, סגסוגת טיטניום, סגסוגת על על בסיס ניקל, סגסוגת אלומיניום, סגסוגת מגנזיום וכן הלאה.

➢ יציבות כוח טובה, תנודות לשעה <0.5%, כדי להבטיח את עקביות התהליך של הדפסה ארוכה במיוחד.

➢ איכות קרן טובה, M2<1.1, פלט סיבים במצב יחיד 10/14μm, נקודת פלט קטנה, דיוק הדפסה גבוה.

FastForm היא חברה המתמחה במחקר ופיתוח של טכנולוגיה וציוד להדפסת תלת מימד, שיכולה לספק שירותי אבות טיפוס מהירים ופתרונות תומכים מהשורה הראשונה.היא יצרה שיתוף פעולה מעמיק עם GW Laser, ותערוך בעתיד בדיקות הדפסת תלת מימד ומחקר על רכיבים מרכזיים בתעופה וחלל, דגמי רכב, ביו-רפואה ותחומים נוספים.הושק מוצרי לייזר יחיד FF-M140, דגם מיוחד FF-M150 מלמד, דגם מיוחד לייזר אוראלי כפול FF-M180D, דגם לייזר תעשייתי FF-M300H 1000W הספק גבוה, דגם לייזר כפול FF-M500, FF-M800 ארבעה מוצרי לייזר, ו כולם משיגים ייצור המוני, תומכים בפתרונות לוקליזציה מותאמים אישית.תוכנת FastLayer לחיתוך וריבוי לייזר שפותחה באופן עצמאי.הציוד נשלט אוטומטית לחלוטין וללא השגחה.▲ ייצור מזותזוני FF-M180D מדפסת תלת מימד לייזר מתכת כפולה למוצר זה היתרונות המשמעותיים הבאים: ➢ טכנולוגיית הנחת אבקה דו כיוונית ומשתנה במהירות, ניצול אבקה גבוה.➢ פיתוח תוכנה עצמאי, השלמה בלחיצה אחת של חיתוך אוטומטי ותכנון נתיבים.➢ מצלמה מובנית, יכולה להשיג מרחוק שליטה אוטומטית לחלוטין, פעולה ללא השגחה.➢ הציוד מאמץ מבנה מרותך משולב, עם יציבות חזקה והתקנה קלה

▲ FASTFORM FF-M180D עם מוצרי הדפסת תלת מימד בלייזר GW 500W

המצב הנוכחי וסיכויי הפיתוח של תעשיית ההדפסה התלת מימדית

נכון לעכשיו, הדפסת תלת מימד נכנסה לעידן של אב טיפוס מהיר, על פי הנתונים הסטטיסטיים של המכון לחקר התעשייה המסחרית בסין, תעשיית המכונות בתחום היישומים במורד הזרם מהווה את החלק הגדול ביותר בשנת 2021, והגיעה ל-17.5%, ואחריה מוצרי אלקטרוניקה ( 16.6%) ומכוניות (16.1%).עם ההתפתחות המהירה של תעשיית האלקטרוניקה ותעשיית הרכב, תחומי היישום של הדפסת תלת מימד בשני תחומים אלו יתרחבו בעתיד.

במונחים של קנה מידה תעשייתי, על פי תחזית ה-CIC, קצב הגידול השנתי הממוצע של הדפסת תלת מימד ב-2021-2025 הוא כ-26.59%, והוא יגיע ל-70.1 מיליארד יואן בשנת 2025. הדפסת תלת מימד מכסה שלושה היבטים: ציוד, חומרים ושירותים, שציוד הדפוס מהווה את הרוב.על פי הנתונים שפרסמה CCID, קנה המידה של תעשיית ציוד ההדפסה התלת-ממדית בסין בשנת 2020 הוא 9.254 מיליארד יואן, המהווה את השיעור הגבוה ביותר.כיום, המחיר של ציוד הדפסת תלת מימד עדיין גבוה יחסית, מצד אחד מקורו בפטנטים וממונופולים זרים, מצד שני מכיוון שתעשיית התלת מימד בסין התחילה מאוחר, הביקוש קטן ומידת האוטונומיה היא נָמוּך.עם השדרוג והפיתוח של תעשיית הייצור היוקרתית של סין, התפתחות הטכנולוגיה וירידת העלויות, תעשיית ההדפסה התלת-ממדית של סין תציג מגמה של הגדלת לוקליזציה בעתיד.שיתוף פעולה הדוק בין יצרני מכשירים הוא קריטי להנעת קנה המידה של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד.Guanghui Laser מתמקדת לא רק במחקר ובחדשנות של טכנולוגיית מוצרי הלייזר, אלא גם בוחנת באופן רציף את תחום טכנולוגיית עיבוד הלייזר, ומחויבת לעזור ללקוחות לפתור בעיות יישומים.כיצרנית מובילה של ציוד הדפסת תלת מימד בסין, Micron Speed ​​Manufacturing מכירה את כל ההיבטים של הדפסת תלת מימד, ויש לה צוות מנוסה של יועצים כדי לספק ללקוחות מוצרים מתקדמים בתחום ההדפסה התלת מימדית המקצועית.בעתיד, Guanghui Laser יעבוד עם Us Light Speed ​​Manufacturing כדי לקדם את היישום והפיתוח של טכנולוגיית הדפסת לייזר תלת מימדית בסין ולסייע בשדרוג תעשייתי.