レーザー 3D プリントの基礎
金属材料のアディティブ マニュファクチャリング (3D プリント) は、航空、航空宇宙、ナビゲーション、車両、金型製造、医療機器などの分野で大きな需要があります。現在、金属付加製造プロセスで使用される熱源には、レーザービーム、電子ビーム、マイクロビームプラズマ、焼結熱入力などの3つの高エネルギービームが含まれます。そのうち、レーザービームが最も広く使用されている高エネルギービームです。金属積層造形の分野におけるビーム熱源。電子ビームおよびマイクロビームプラズマ熱源と比較して、レーザービームは、金属材料の瞬間的な溶融を実現し、溶融チャネルラッピングの要件を満たすことができる、細かいスポット、低コスト、および指定された材料位置への指向性アクションという利点があります。そしてパーツ成形。
レーザー 3D プリントで使用されるレーザーには、ファイバー レーザー、半導体レーザー、Nd:YAG レーザー、CO2 レーザーなどがあります。異なる材料は、異なる波長の異なるレーザーを吸収します。一般に、印刷ポリマーは主に CO2 レーザーであり、金属粉末の 3D 印刷は主にファイバー レーザーを使用します。さまざまな処理方法によると、レーザー付加製造は、選択的レーザー焼結、選択的レーザー溶融、直接金属レーザー焼結、レーザー粉末堆積、直接金属堆積などに分けることができます。その中でも、選択的レーザー溶融 (SLM) は、現在最も広く使用されている金属レーザー 3D 印刷技術の 1 つです。選択的レーザー溶融（SLM）印刷装置の基本構造を図に示します。印刷する前に、3D モデルがレイヤー化され、スキャン軌跡が決定されます。最初のステップは、へらでテーブルを均等にこすり、その上に粉末の層を置きます。2番目のステップでは、レーザーを使用して、この粉末の層に特定の軌道をスキャンして、粉末を溶かし、印刷の層を実現します。3番目のステップでは、テーブルを1層下に移動し、上記の操作を繰り返して、印刷層が下から上に積み上げられ、印刷される3Dパーツが形成されます。酸化を防ぐために、プロセス全体で作業チャンバーから空気を抜き取り、不活性ガスで満たします。
▲SLM印刷装置の基本原理
レーザー 3D プリントにおけるレーザーの需要
レーザー 3D プリント用レーザーの需要は、主に 2 つの側面に反映されます。一方では出力と出力の安定性、もう一方ではビーム品質とスポット サイズです。(1) パワーとパワーの安定性 3D プリント成形プロセスは主にレーザーの熱効果に依存しており、レーザー強度は材料を溶かすために特定のエネルギーしきい値を超える必要があるため、レーザーの平均出力パワーにより注意が払われます。はレーザーのパルスモードに敏感ではないため、通常は連続ファイバーレーザーが使用され、出力はおおよそ 100W から 1000W に分布します。モデルが大きいほど、レイヤーが多くなり、印刷時間が長くなります。一般的な持続時間は、数時間から数十時間です。したがって、レーザーの長期安定動作に対する高い要件があります。温度が高いと、金属粉末が過燃焼したり、他の成形部品が再溶融したりする可能性があります。温度が低いと、金属粉末が完全に溶融せず、接着が不十分で、成形部材の形状が保持されない場合があります。したがって、レーザーの出力安定性は、印刷品質にとって非常に重要です。(2) ビーム品質とスポット サイズ ビーム品質とスポット サイズは、印刷精度の重要なパラメーターの 1 つを反映しています。3D 印刷はレーザー ビームの走査によって形成され、レーザー スポットが小さいほど、走査の精度が高くなり、印刷されたモデルの解像度が高くなり、印刷された部分の表面がより繊細になり、肉眼で見えるようになります。ビーム質量は通常、BPP または M2 によって特徴付けられます。M2 が 1 に近いほど、ビーム品質が向上し、レーザー エネルギーが集中し、周囲の熱への影響が小さくなることを示します。同時に、ビーム品質が向上すると、対応する発散角が小さくなり、集束スポットもそれに応じて小さくなります。
GW レーザーと ファストフォームズ 3Dプリンティング分野の探索
GW Laser Tech は、高輝度ファイバー レーザーの世界的リーダーとして、3D 印刷技術の台頭とともに、この応用分野でも積極的に調査しており、3D 印刷用途向けに 500W シングルモード 10μm/14μm CW ファイバー レーザーを発売しています。医療機器、自動車部品、航空宇宙などの分野。その中で、10μmと14μmの異なるコア直径サイズがスポットのサイズを決定し、主にレーザー出力密度、つまり単位面積あたりの光エネルギーに影響を与えます。同じ出力条件下では、スポットサイズが小さいほど、レーザーは大きくなりますパワー密度が高く、高パワー密度のスポットは、高融点または高反射金属粉末の印刷に適しています。
▲GWレーザー500Wシングルモード10μmファイバーレーザー製品の利点：
➢ 超薄型、軽量設計、高さ 19 インチ 1.5U の設計、重量 < 20kg、コンパクトな構造、小型、軽量で、比類のない統合の利便性と柔軟な汎用性を提供します。
➢ 製品構造は密閉型設計を採用しており、3D 印刷環境でのレーザーの全体的な信頼性、IP65 保護レベルが大幅に向上し、高温、高湿度、高粉塵などの過酷な環境でも動作し続けることができます。
➢ 最大出力は 500W で、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、チタン合金、ニッケル基超合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金などの一般的な金属材料を成形するのに十分です。
➢ 優れた出力安定性、1 時間あたりの変動 <0.5%、超長時間印刷のプロセスの一貫性を保証します。
➢ 良好なビーム品質、M2<1.1、シングルモード 10/14μm ファイバー出力、小さな出力スポット、高い印刷精度。
FastForm は、3D プリント技術と機器の研究開発を専門とする会社であり、一流のラピッド プロトタイピング サービスとサポート ソリューションを提供できます。GWレーザーとの緊密な協力関係を確立しており、将来的には航空宇宙、自動車モデル、生物医学およびその他の分野の主要コンポーネントの3D印刷テストと研究を実施する予定です。FF-M140シングルレーザー製品、FF-M150ティーチングスペシャルモデル、FF-M180Dデュアルレーザーオーラルスペシャルモデル、FF-M300H 1000W高出力レーザー工業用モデル、FF-M500デュアルレーザーモデル、FF-M800レーザー4製品、それらのすべてが大量生産を達成し、カスタマイズされたローカリゼーション ソリューションをサポートします。独自に開発されたマルチレーザー スライシングおよびパス生成ソフトウェア FastLayer。装置は完全に自動制御され、無人です。▲ メソセソニック製造 FF-M180D デュアル レーザー金属 3D プリンター この製品には、次の大きな利点があります。➢ 独立したソフトウェア開発、自動スライスと経路計画のワンクリック完了。➢ 内蔵カメラは、完全自動制御、無人操作をリモートで実現できます。➢ 装置は、強力な安定性と簡単なインストールで、統合された溶接構造を採用しています
▲ FASTFORM FF-M180D と GW 500W レーザー 3D プリント製品
3Dプリンティング業界の現状と発展展望
現在、3Dプリンティングはラピッドプロトタイピングの時代に突入しており、中国商業産業研究院の統計によると、2021年には川下応用分野の機械産業が最大の割合を占め、17.5%に達し、家電がそれに続く ( 16.6%) と自動車 (16.1%)。家電産業と自動車産業の急速な発展に伴い、これら 2 つの分野における 3D プリントの応用分野は、今後さらに拡大するでしょう。
産業規模に関しては、CIC の予測によると、2021 年から 2025 年までの 3D プリントの年平均複合成長率は約 26.59% であり、2025 年には 701 億元に達する見込みです。3D プリントは、設備、材料の 3 つの側面をカバーしています。印刷機器が大部分を占める。CCIDが発表したデータによると、2020年の中国の3D印刷機器産業の規模は92億5400万元で、最高の割合を占めています。現在、3D印刷機器の価格は依然として比較的高く、一方では外国の特許と独占に由来しています。他方では、中国の3D産業の開始が遅れており、需要が小さく、自律性の程度が低いためです。低い。中国のハイエンド製造業のアップグレードと発展、技術の発展とコストの低下に伴い、中国の 3D 印刷業界は将来、ローカリゼーションが増加する傾向を示すでしょう。デバイス メーカー間の緊密な協力は、3D プリント技術の規模を拡大するために不可欠です。Guanghui Laserは、レーザー製品技術の研究と革新に焦点を当てるだけでなく、レーザー加工技術の分野でも継続的に探求し、顧客がアプリケーションの問題を解決するのを支援することに尽力しています.中国の 3D プリント機器の大手メーカーとして、Micron Speed Manufacturing は 3D プリントのあらゆる側面に精通しており、専門的な 3D プリントの分野でハイエンド製品を顧客に提供する経験豊富なコンサルタント チームを擁しています。将来、広輝レーザーは米国ライトスピードマニュファクチャリングと協力して、中国でのレーザー3D印刷技術の応用と開発を促進し、産業のアップグレードを支援します。
投稿時間: 2022 年 2 月 24 日