Basisprincipes van laser 3D-printen
Er is veel vraag naar additieve fabricage (3D-printen) van metalen materialen in de luchtvaart, ruimtevaart, navigatie, voertuigen, matrijzenbouw, medische apparatuur en andere gebieden.Op dit moment omvat de warmtebron die wordt gebruikt in het additieve fabricageproces van metaal drie hoogenergetische stralen van laserstraal, elektronenstraal, microstraalplasma en sinterwarmte-invoer, enz., Waarvan de laserstraal de meest gebruikte hoogenergetische straalwarmtebron op het gebied van additieve fabricage van metalen.Vergeleken met de elektronenstraal en microstraal plasmawarmtebron, heeft de laserstraal de voordelen van fijne punt, lage kosten en directionele actie naar de gespecificeerde materiaalpositie, die het onmiddellijke smelten van metalen materialen kan realiseren en kan voldoen aan de vereisten van fusiekanaaloverlapping en deelvorming.
Lasers die worden gebruikt bij 3D-laserprinten zijn onder andere fiberlasers, halfgeleiderlasers, Nd:YAG-lasers en CO2-lasers.Verschillende materialen absorberen verschillende lasers met verschillende golflengten.Over het algemeen is het printpolymeer voornamelijk CO2-lasers, terwijl het 3D-printen van metaalpoeders voornamelijk gebruik maakt van fiberlasers.Volgens de verschillende verwerkingsmethoden kan laser-additieve productie worden onderverdeeld in selectief lasersinteren, selectief lasersmelten, direct metaallasersinteren, laserpoederafzetting, directe metaalafzetting enzovoort.Onder hen is selectief lasersmelten (SLM) momenteel een van de meest gebruikte 3D-printtechnologieën voor metaallasers.De basisstructuur van een SLM-afdrukapparaat (Selective Laser Melting) wordt weergegeven in de afbeelding.Voor het printen wordt het 3D-model gelaagd en vervolgens wordt het scantraject bepaald.De eerste stap is om met een spatel gelijkmatig over de tafel te schrapen en er een laag poeder op te leggen;de tweede stap, gebruik een laser om een specifiek traject op deze poederlaag te scannen om het te smelten en een printlaag te realiseren;de derde stap, verplaats de tafel een laag naar beneden en doorloop vervolgens de bovenstaande bewerkingen, zodat de printlaag van onder naar boven wordt gestapeld, zodat de te printen 3D-onderdelen worden gevormd.Om oxidatie te voorkomen, omvat het hele proces het afzuigen van lucht uit de werkkamer en het vullen met inert gas.
▲ Basisprincipes van SLM-afdrukapparatuur
De vraag naar lasers in laser 3D-printen
De vraag naar lasers voor 3D-laserprinten komt vooral tot uiting in twee aspecten: enerzijds het vermogen en de vermogensstabiliteit, anderzijds de straalkwaliteit en de spotgrootte.(1) Vermogen en vermogensstabiliteit Het vormingsproces van 3D-printen is voornamelijk afhankelijk van het thermische effect van de laser, de laserintensiteit moet een bepaalde energiedrempel overschrijden om het materiaal te smelten, dus er wordt meer aandacht besteed aan het gemiddelde uitgangsvermogen van de laser, dat is niet gevoelig voor de pulsmodus van de laser, daarom worden meestal continue fiberlasers gebruikt en wordt het vermogen ruwweg verdeeld tussen 100W en 1000W.Hoe groter het model, hoe meer lagen er zijn en hoe langer de printtijd.De algemene duur varieert van enkele uren tot tientallen uren.Daarom zijn er hoge eisen aan de langdurige stabiele werking van lasers.Als de temperatuur hoog is, kan het metaalpoeder oververbranden of zelfs andere gevormde onderdelen doen smelten;de temperatuur is laag, het metaalpoeder wordt niet grondig gesmolten, de hechting is niet voldoende en de vorm van het gevormde onderdeel wordt mogelijk niet behouden.Daarom is de vermogensstabiliteit van de laser cruciaal voor de afdrukkwaliteit.(2) Straalkwaliteit en spotgrootte Straalkwaliteit en spotgrootte weerspiegelen een van de belangrijkste parameters van afdruknauwkeurigheid.3D-printen wordt gevormd door laserstraalscannen, hoe kleiner de laservlek, hoe hoger de nauwkeurigheid van het scannen, hoe hoger de resolutie van het afgedrukte model en hoe gevoeliger het oppervlak van het afgedrukte onderdeel zichtbaar is voor het blote oog.Straalmassa wordt meestal gekenmerkt door BPP of M2, hoe dichter M2 bij 1 ligt, wat aangeeft dat hoe beter de straalkwaliteit, hoe geconcentreerder de laserenergie, hoe kleiner de impact op de omringende warmte;tegelijkertijd, hoe beter de straalkwaliteit, hoe kleiner de corresponderende divergentiehoek, en de gefocusseerde plek zal overeenkomstig kleiner zijn.
GW Laseren en van Fastform Verkenning op het gebied van 3D-printen
GW Laser Tech, als wereldleider op het gebied van high-brightness fiberlasers, is met de opkomst van 3D-printtechnologie ook actief op zoek naar dit toepassingsgebied en lanceert een 500W single-mode 10μm/14μm CW-fiberlaser voor 3D-printtoepassingen, voor medische apparaten, auto-onderdelen, ruimtevaart en andere gebieden.Onder hen bepalen 10 μm en 14 μm verschillende kerndiameters de grootte van de spot, wat voornamelijk de laservermogensdichtheid beïnvloedt, dat wil zeggen de lichtenergie per oppervlakte-eenheid, onder dezelfde stroomomstandigheden, hoe kleiner de spotgrootte, hoe groter de laser vermogensdichtheid, en de plek met hoge vermogensdichtheid is geschikt voor het printen van metaalpoeder met een hoog smeltpunt of een hoge reflectie.
▲ GW laser 500W enkele modus 10μm fiberlaser productvoordelen:
➢ Ultradun, lichtgewicht ontwerp, ontwerp van 19 inch met een hoogte van 1,5U, gewicht < 20 kg, compacte structuur, klein formaat, licht gewicht, voor ongeëvenaard integratiegemak en flexibele veelzijdigheid.
➢ De productstructuur heeft een gesloten ontwerp, wat de algehele betrouwbaarheid van de laser voor de 3D-printomgeving aanzienlijk verbetert, IP65-beschermingsniveau, en kan blijven werken in ruwe omgevingen zoals hoge temperaturen, hoge luchtvochtigheid en veel stof.
➢ Het maximale vermogen is 500 W, wat voldoende is om veelgebruikte metalen materialen te vormen, zoals austenitisch roestvrij staal, martensitisch roestvrij staal, titaniumlegering, op nikkel gebaseerde superlegering, aluminiumlegering, magnesiumlegering enzovoort.
➢ Goede stroomstabiliteit, fluctuaties per uur <0,5%, om de procesconsistentie van ultralange afdrukken te garanderen.
➢ Goede straalkwaliteit, M2<1.1, single-mode 10/14μm vezeluitvoer, kleine uitvoervlek, hoge afdruknauwkeurigheid.
FastForm is een bedrijf dat gespecialiseerd is in het onderzoek naar en de ontwikkeling van 3D-printtechnologie en -apparatuur, dat eersteklas rapid prototyping-services en ondersteunende oplossingen kan bieden.Het heeft een diepgaande samenwerking met GW Laser tot stand gebracht en zal in de toekomst 3D-printtests en onderzoek uitvoeren naar belangrijke componenten in de lucht- en ruimtevaart, automodellen, biogeneeskunde en andere gebieden.Gelanceerd FF-M140 enkele laserproducten, FF-M150 speciaal onderwijsmodel, FF-M180D dubbele laser oraal speciaal model, FF-M300H 1000W high-power laser industrieel model, FF-M500 dubbel lasermodel, FF-M800 vier laserproducten, en ze bereiken allemaal massaproductie, ondersteunen op maat gemaakte lokalisatieoplossingen.Onafhankelijk ontwikkelde software voor het snijden met meerdere lasers en het genereren van paden FastLayer.De apparatuur wordt volledig automatisch bestuurd en onbeheerd.▲ Mesothesonische productie FF-M180D dubbele laser metaal 3D-printer Dit product heeft de volgende belangrijke voordelen: ➢ Tweerichtingstechnologie en poederlegtechnologie met variabele snelheid, hoog poedergebruik.➢ Onafhankelijke softwareontwikkeling, voltooiing met één klik van automatisch snijden en padplanning.➢ Ingebouwde camera, kan op afstand volledig automatische bediening bereiken, zonder toezicht.➢ De apparatuur heeft een geïntegreerde gelaste structuur, met sterke stabiliteit en eenvoudige installatie
▲ FASTFORM FF-M180D met GW 500W laser 3D-printproducten
De huidige situatie en ontwikkelingsperspectieven van de 3D-printindustrie
Op dit moment is 3D-printen het tijdperk van rapid prototyping ingegaan, volgens de statistieken van het China Commercial Industry Research Institute is de machine-industrie in het stroomafwaartse toepassingsgebied in 2021 goed voor het grootste deel, met 17,5%, gevolgd door consumentenelektronica ( 16,6%) en auto's (16,1%).Met de snelle ontwikkeling van de consumentenelektronica- en auto-industrie zullen de toepassingsgebieden van 3D-printen op deze twee gebieden in de toekomst verder worden uitgebreid.
Op industriële schaal is volgens de projectie van CIC het gemiddelde jaarlijkse samengestelde groeipercentage van 3D-printen in 2021-2025 ongeveer 26,59%, en zal het in 2025 70,1 miljard yuan bereiken. 3D-printen omvat drie aspecten: apparatuur, materialen en diensten, waarvan printapparatuur de meerderheid uitmaakt.Volgens de gegevens die zijn vrijgegeven door CCID, is de omvang van de Chinese 3D-printapparatuurindustrie in 2020 9,254 miljard yuan, goed voor het hoogste aandeel.Op dit moment is de prijs van 3D-printapparatuur nog steeds relatief hoog, enerzijds afkomstig van buitenlandse patenten en monopolies, anderzijds omdat de Chinese 3D-industrie laat is begonnen, de vraag klein is en de mate van autonomie is laag.Met de upgrade en ontwikkeling van China's high-end productie-industrie, de ontwikkeling van technologie en de daling van de kosten, zal de Chinese 3D-printindustrie in de toekomst een trend van toenemende lokalisatie vertonen.Nauwe samenwerking tussen apparaatfabrikanten is van cruciaal belang om de schaal van 3D-printtechnologie te stimuleren.Guanghui Laser richt zich niet alleen op onderzoek en innovatie van laserproducttechnologie, maar onderzoekt ook continu op het gebied van laserverwerkingstechnologie en zet zich in om klanten te helpen bij het oplossen van toepassingsproblemen.Als toonaangevende fabrikant van 3D-printapparatuur in China is Micron Speed Manufacturing bekend met alle aspecten van 3D-printen en beschikt het over een ervaren team van consultants om klanten te voorzien van high-end producten op het gebied van professioneel 3D-printen.In de toekomst zal Guanghui Laser samenwerken met Us Light Speed Manufacturing om de toepassing en ontwikkeling van laser 3D-printtechnologie in China te bevorderen en industriële upgrades te helpen.
Posttijd: 24 februari 2022