Podstawy laserowego druku 3D
Wytwarzanie addytywne (drukowanie 3D) materiałów metalowych jest bardzo poszukiwane w lotnictwie, lotnictwie, nawigacji, pojazdach, produkcji form, sprzęcie medycznym i innych dziedzinach.Obecnie źródło ciepła stosowane w procesie wytwarzania dodatków do metali obejmuje trzy wysokoenergetyczne wiązki wiązki laserowej, wiązki elektronów, plazmy mikrowiązkowej i wkładu ciepła spiekania itp., z których wiązka laserowa jest najczęściej stosowana wysokoenergetyczna belkowe źródło ciepła w dziedzinie wytwarzania przyrostowego metali.W porównaniu z wiązką elektronów i plazmowym źródłem ciepła z mikrowiązkami, wiązka laserowa ma zalety drobnego punktu, niskiego kosztu i kierunkowego działania do określonej pozycji materiału, co może realizować natychmiastowe topienie materiałów metalowych i spełniać wymagania docierania kanałów fuzji i formowania części.
Lasery stosowane w laserowym druku 3D obejmują lasery światłowodowe, lasery półprzewodnikowe, lasery Nd:YAG i lasery CO2.Różne materiały pochłaniają różne lasery o różnych długościach fal.Ogólnie rzecz biorąc, polimerem do drukowania są głównie lasery CO2, podczas gdy druk 3D proszków metali wykorzystuje głównie lasery światłowodowe.Zgodnie z różnymi metodami przetwarzania, laserowe wytwarzanie dodatków można podzielić na selektywne spiekanie laserowe, selektywne topienie laserowe, bezpośrednie spiekanie laserowe metali, laserowe osadzanie proszku, bezpośrednie osadzanie metalu i tak dalej.Wśród nich selektywne stapianie laserowe (SLM) jest obecnie jedną z najczęściej stosowanych technologii laserowego druku 3D metali.Podstawowa struktura urządzenia drukującego z selektywnym topieniem laserowym (SLM) jest pokazana na rysunku.Przed wydrukiem model 3D jest nakładany warstwami, a następnie określana jest trajektoria skanowania.Pierwszym krokiem jest równomierne zeskrobanie stołu szpachelką i nałożenie na niego warstwy pudru;drugi krok, użyj lasera, aby zeskanować określoną trajektorię na tej warstwie proszku, aby go stopić i wykonać warstwę nadruku;trzeci krok, przesuń stół o jedną warstwę w dół, a następnie powtórz powyższe operacje, tak aby warstwa druku była ułożona od dołu do góry, tak aby części 3D do wydrukowania zostały uformowane.Aby zapobiec utlenianiu, cały proces polega na odsysaniu powietrza z komory roboczej i napełnianiu jej gazem obojętnym.
▲ Podstawowe zasady obsługi urządzeń drukujących SLM
Zapotrzebowanie na lasery w laserowym druku 3D
Zapotrzebowanie na lasery do laserowego druku 3D odzwierciedla się głównie w dwóch aspektach: z jednej strony mocy i stabilności mocy, z drugiej strony jakości wiązki i wielkości plamki.(1) Moc i stabilność mocy Proces formowania druku 3D opiera się głównie na efekcie termicznym lasera, intensywność lasera musi przekroczyć pewien próg energii, aby stopić materiał, dlatego większą uwagę zwraca się na średnią moc wyjściową lasera, która nie jest wrażliwy na tryb impulsowy lasera, dlatego zwykle stosuje się ciągłe lasery światłowodowe, a moc jest z grubsza rozłożona między 100 W a 1000 W.Im większy model, tym więcej warstw i tym dłuższy czas drukowania.Ogólny czas trwania waha się od kilku godzin do kilkudziesięciu godzin.Dlatego stawiane są wysokie wymagania dotyczące długoterminowej stabilnej pracy laserów.Jeśli temperatura jest wysoka, proszek metalowy może się przepalić, a nawet spowodować ponowne stopienie innych uformowanych części;temperatura jest niska, proszek metalu nie jest dokładnie stopiony, przyczepność nie jest wystarczająca, a kształt uformowanego elementu może nie zostać zachowany.Dlatego stabilność mocy lasera ma kluczowe znaczenie dla jakości druku.(2) Jakość wiązki i wielkość plamki Jakość wiązki i wielkość plamki odzwierciedlają jeden z kluczowych parametrów dokładności drukowania.Druk 3D powstaje w wyniku skanowania wiązką lasera, im mniejsza plamka lasera, tym większa dokładność skanowania, tym wyższa rozdzielczość drukowanego modelu, a także delikatniejsza powierzchnia drukowanej części jest widoczna gołym okiem.Masę wiązki zwykle charakteryzuje BPP lub M2, im M2 jest bliższe 1, co wskazuje, że im lepsza jakość wiązki, tym bardziej skoncentrowana energia lasera, tym mniejszy wpływ na otaczające ciepło;jednocześnie im lepsza jakość wiązki, tym mniejszy odpowiedni kąt rozbieżności, a skupiona plamka będzie odpowiednio mniejsza.
GW laserowe i firmy Fastform Eksploracja w dziedzinie druku 3D
GW Laser Tech, jako światowy lider w dziedzinie laserów światłowodowych o wysokiej jasności, wraz z rozwojem technologii drukowania 3D, również aktywnie bada tę dziedzinę zastosowań, wprowadzając jednomodowy laser światłowodowy 10 μm/14 μm CW o mocy 500 W do zastosowań związanych z drukowaniem 3D, m.in. urządzenia medyczne, części samochodowe, lotnictwo i inne dziedziny.Wśród nich 10 μm i 14 μm różne rozmiary średnicy rdzenia określają rozmiar plamki, wpływając głównie na gęstość mocy lasera, to znaczy energię światła na jednostkę powierzchni, w tych samych warunkach mocy, im mniejszy rozmiar plamki, tym większy laser gęstość mocy, a punkt o dużej gęstości mocy nadaje się do drukowania proszku metalicznego o wysokiej temperaturze topnienia lub wysokim współczynniku odbicia.
▲ Laser światłowodowy GW 500 W jednomodowy 10 μm zalety produktu:
➢ Ultra cienka, lekka konstrukcja, 19-calowa konstrukcja o wysokości 1,5 U, waga <20 kg, zwarta konstrukcja, mały rozmiar, niewielka waga, zapewniająca niezrównaną wygodę integracji i wszechstronność.
➢ Struktura produktu przyjmuje zamkniętą konstrukcję, co znacznie poprawia ogólną niezawodność lasera w środowisku drukowania 3D, poziom ochrony IP65 i może nadal działać w trudnych warunkach, takich jak wysoka temperatura, wysoka wilgotność i duże zapylenie.
➢ Maksymalna moc wynosi 500 W, co wystarcza do formowania powszechnie używanych materiałów metalowych, takich jak austenityczna stal nierdzewna, martenzytyczna stal nierdzewna, stop tytanu, superstop na bazie niklu, stop aluminium, stop magnezu i tak dalej.
➢ Dobra stabilność mocy, fluktuacje na godzinę <0,5%, aby zapewnić spójność procesu bardzo długiego drukowania.
➢ Dobra jakość wiązki, M2<1.1, światłowód jednomodowy 10/14μm, mała plamka wyjściowa, wysoka dokładność drukowania.
FastForm to firma specjalizująca się w badaniach i rozwoju technologii i sprzętu do druku 3D, która może zapewnić najwyższej jakości usługi szybkiego prototypowania i rozwiązania wspierające.Nawiązała ścisłą współpracę z GW Laser i będzie prowadzić testy i badania druku 3D nad kluczowymi komponentami w lotnictwie, modelach samochodowych, biomedycynie i innych dziedzinach w przyszłości.Wprowadzono pojedyncze produkty laserowe FF-M140, specjalny model nauczania FF-M150, specjalny model ustny z podwójnym laserem FF-M180D, model przemysłowy lasera dużej mocy FF-M300H 1000 W, model z podwójnym laserem FF-M500, cztery produkty laserowe FF-M800 oraz wszystkie z nich osiągają masową produkcję, obsługują niestandardowe rozwiązania lokalizacyjne.Niezależnie opracowane oprogramowanie do wycinania wielu laserów i generowania ścieżek FastLayer.Sprzęt jest w pełni automatycznie sterowany i bezobsługowy.▲ Podwójna laserowa drukarka 3D do metalu FF-M180D produkcji mezothesonic Ten produkt ma następujące znaczące zalety: ➢ Technologia dwukierunkowego i zmiennej prędkości nakładania proszku, wysokie wykorzystanie proszku.➢ Niezależne tworzenie oprogramowania, ukończenie automatycznego krojenia i planowania ścieżki jednym kliknięciem.➢ Wbudowana kamera, może zdalnie uzyskać w pełni automatyczne sterowanie, bezobsługową pracę.➢ Sprzęt przyjmuje zintegrowaną spawaną konstrukcję, o dużej stabilności i łatwej instalacji
▲ FASTFORM FF-M180D z produktami do druku 3D laserem GW 500W
Aktualna sytuacja i perspektywy rozwoju branży druku 3D
Obecnie druk 3D wkroczył w erę szybkiego prototypowania, według statystyk China Commercial Industry Research Institute, przemysł maszynowy w dziedzinie zastosowań downstream ma największy udział w 2021 r., sięgając 17,5%, a następnie elektronika użytkowa ( 16,6%) i samochody (16,1%).Wraz z szybkim rozwojem elektroniki użytkowej i przemysłu motoryzacyjnego obszary zastosowań druku 3D w tych dwóch dziedzinach będą w przyszłości dalej rozszerzane.
W skali przemysłowej, według prognozy CIC, średnioroczne skumulowane tempo wzrostu druku 3D w latach 2021-2025 wynosi ok. 26,59%, a w 2025 roku sięgnie 70,1 mld juanów. Druk 3D obejmuje trzy aspekty: sprzęt, materiały i usług, z których większość stanowi sprzęt drukarski.Według danych opublikowanych przez CCID, skala chińskiego przemysłu sprzętu do drukowania 3D w 2020 roku wynosi 9,254 miliarda juanów, co stanowi najwyższy odsetek.Obecnie cena sprzętu do druku 3D jest wciąż stosunkowo wysoka, z jednej strony pochodzi z zagranicznych patentów i monopoli, z drugiej dlatego, że chiński przemysł 3D zaczął późno, popyt jest niewielki, a stopień autonomii jest niski.Wraz z modernizacją i rozwojem wysokiej klasy chińskiego przemysłu produkcyjnego, rozwojem technologii i spadkiem kosztów, chiński przemysł druku 3D będzie wykazywać tendencję do zwiększania lokalizacji w przyszłości.Ścisła współpraca między producentami urządzeń ma kluczowe znaczenie dla zwiększenia skali technologii druku 3D.Guanghui Laser nie tylko koncentruje się na badaniach i innowacjach w zakresie technologii produktów laserowych, ale także stale bada technologię obróbki laserowej i jest zaangażowany w pomaganie klientom w rozwiązywaniu problemów związanych z aplikacjami.Jako wiodący producent sprzętu do druku 3D w Chinach, Micron Speed Manufacturing jest zaznajomiony ze wszystkimi aspektami druku 3D i dysponuje doświadczonym zespołem konsultantów, aby dostarczać klientom wysokiej klasy produkty z zakresu profesjonalnego druku 3D.W przyszłości Guanghui Laser będzie współpracować z Us Light Speed Manufacturing w celu promowania zastosowania i rozwoju technologii laserowego druku 3D w Chinach oraz pomocy w unowocześnianiu przemysłu.
Czas postu: 24-02-2022