Fundamentos da impressão 3D a laser
A fabricação aditiva (impressão 3D) de materiais metálicos é muito procurada na aviação, aeroespacial, navegação, veículos, fabricação de moldes, equipamentos médicos e outros campos.Atualmente, a fonte de calor usada no processo de fabricação de aditivos metálicos inclui três feixes de alta energia de feixe de laser, feixe de elétrons, plasma de microfeixe e entrada de calor de sinterização, etc., dos quais o feixe de laser é o feixe de alta energia mais amplamente utilizado fonte de calor de feixe no campo da fabricação de aditivos metálicos.Comparado com o feixe de elétrons e a fonte de calor de plasma de microfeixe, o feixe de laser tem as vantagens de ponto fino, baixo custo e ação direcional para a posição do material especificado, que pode realizar a fusão instantânea de materiais metálicos e atender aos requisitos de lapidação do canal de fusão e conformação de peças.
Os lasers usados na impressão 3D a laser incluem lasers de fibra, lasers de semicondutores, lasers Nd:YAG e lasers de CO2.Diferentes materiais absorvem diferentes lasers de diferentes comprimentos de onda.Em geral, o polímero de impressão é principalmente lasers de CO2, enquanto a impressão 3D de pós metálicos usa principalmente lasers de fibra.De acordo com os diferentes métodos de processamento, a fabricação aditiva a laser pode ser dividida em sinterização seletiva a laser, fusão seletiva a laser, sinterização direta a laser de metal, deposição de pó a laser, deposição direta de metal e assim por diante.Entre eles, a fusão seletiva a laser (SLM) é atualmente uma das tecnologias de impressão 3D a laser de metal mais amplamente utilizadas.A estrutura básica de um dispositivo de impressão de fusão seletiva a laser (SLM) é mostrada na figura.Antes da impressão, o modelo 3D é colocado em camadas e, em seguida, a trajetória de digitalização é determinada.O primeiro passo é raspar a mesa uniformemente com uma espátula e colocar uma camada de pó sobre ela;a segunda etapa, use um laser para escanear uma trajetória específica nesta camada de pó para derretê-la e realizar uma camada de impressão;a terceira etapa, mova a mesa uma camada para baixo e, em seguida, percorra as operações acima, de modo que a camada de impressão seja empilhada de baixo para cima, para que as peças 3D a serem impressas sejam formadas.Para evitar a oxidação, todo o processo envolve a extração de ar da câmara de trabalho e seu enchimento com gás inerte.
▲ Princípios básicos do equipamento de impressão SLM
A demanda por lasers na impressão 3D a laser
A demanda por lasers para impressão 3D a laser se reflete principalmente em dois aspectos: por um lado, potência e estabilidade de potência, por outro lado, qualidade do feixe e tamanho do ponto.(1) O processo de formação de impressão 3D de estabilidade de energia e energia depende principalmente do efeito térmico do laser, a intensidade do laser deve exceder um certo limite de energia para derreter o material, portanto, mais atenção é dada à potência média de saída do laser, que não é sensível ao modo de pulso do laser, então geralmente são usados lasers de fibra contínua, e a potência é aproximadamente distribuída entre 100W e 1000W.Quanto maior o modelo, mais camadas haverá e maior será o tempo de impressão.A duração geral varia de algumas horas a dezenas de horas.Portanto, existem altos requisitos para a operação estável a longo prazo dos lasers.Se a temperatura for alta, o pó de metal pode queimar demais ou até mesmo fazer com que outras peças formadas voltem a derreter;a temperatura é baixa, o pó de metal não é completamente derretido, a adesão não é suficiente e a forma do membro formado pode não ser mantida.Portanto, a estabilidade de energia do laser é crucial para a qualidade de impressão.(2) Qualidade do feixe e tamanho do ponto A qualidade do feixe e o tamanho do ponto refletem um dos principais parâmetros de precisão de impressão.A impressão 3D é formada por digitalização por feixe de laser, quanto menor o ponto do laser, maior a precisão da digitalização, maior a resolução do modelo impresso e mais delicada a superfície da peça impressa é visível a olho nu.A massa do feixe é geralmente caracterizada por BPP ou M2, quanto mais próximo M2 estiver de 1, indicando que quanto melhor a qualidade do feixe, mais concentrada a energia do laser, menor o impacto no calor circundante;ao mesmo tempo, quanto melhor a qualidade do feixe, menor o ângulo de divergência correspondente, e o ponto focado será correspondentemente menor.
GW laser e Fastform's Exploração no campo da impressão 3D
GW Laser Tech, como líder global em lasers de fibra de alto brilho, com o surgimento da tecnologia de impressão 3D, também está explorando ativamente neste campo de aplicação, lançando um laser de fibra CW de modo único 500W 10μm/14μm para aplicações de impressão 3D, para dispositivos médicos, peças automotivas, aeroespacial e outros campos.Entre eles, 10μm e 14μm de diâmetro de núcleo diferente determinam o tamanho do ponto, afetando principalmente a densidade de potência do laser, ou seja, a energia da luz por unidade de área, nas mesmas condições de potência, quanto menor o tamanho do ponto, maior o laser densidade de potência, e o ponto de densidade de alta potência é adequado para impressão de alto ponto de fusão ou pó de metal de alta reflexão.
▲ GW laser 500W monomodo 10μm vantagens do produto a laser de fibra:
➢ Design leve e ultrafino, design de altura de 19 polegadas e 1,5U, peso < 20 kg, estrutura compacta, tamanho pequeno, peso leve, proporcionando conveniência de integração incomparável e versatilidade flexível.
➢ A estrutura do produto adota um design fechado, o que melhora muito a confiabilidade geral do laser para o ambiente de impressão 3D, nível de proteção IP65 e pode continuar a operar em ambientes hostis, como alta temperatura, alta umidade e alta poeira.
➢ A potência máxima é de 500W, o que é suficiente para formar materiais metálicos comumente usados, como aço inoxidável austenítico, aço inoxidável martensítico, liga de titânio, superliga à base de níquel, liga de alumínio, liga de magnésio e assim por diante.
➢ Boa estabilidade de energia, flutuações por hora <0,5%, para garantir a consistência do processo de impressão ultralonga.
➢ Boa qualidade de feixe, M2<1.1, saída de fibra monomodo 10/14μm, pequeno ponto de saída, alta precisão de impressão.
A FastForm é uma empresa especializada em pesquisa e desenvolvimento de tecnologia e equipamentos de impressão 3D, que pode fornecer serviços de prototipagem rápida de alto nível e soluções de suporte.Ela estabeleceu uma cooperação profunda com a GW Laser e conduzirá testes de impressão 3D e pesquisas sobre componentes-chave na indústria aeroespacial, modelos automotivos, biomedicina e outros campos no futuro.Lançou produtos de laser único FF-M140, modelo especial de ensino FF-M150, modelo especial oral de laser duplo FF-M180D, modelo industrial de laser de alta potência FF-M300H 1000W, modelo de laser duplo FF-M500, produtos de laser FF-M800 quatro e todos eles atingem a produção em massa, oferecem suporte a soluções de localização personalizadas.Fatiamento multilaser desenvolvido de forma independente e software de geração de caminho FastLayer.O equipamento é totalmente controlado automaticamente e desacompanhado.▲ Impressora 3D de metal a laser duplo FF-M180D da Mesothesonic Este produto tem as seguintes vantagens significativas: ➢ Tecnologia de colocação de pó bidirecional e de velocidade variável, alta utilização de pó.➢ Desenvolvimento de software independente, conclusão com um clique de fatiamento automático e planejamento de caminho.➢ Câmera embutida, pode alcançar remotamente controle totalmente automático, operação autônoma.➢ O equipamento adota estrutura soldada integrada, com forte estabilidade e fácil instalação
▲ FASTFORM FF-M180D com produtos de impressão 3D a laser GW 500W
A situação atual e as perspectivas de desenvolvimento da indústria de impressão 3D
Atualmente, a impressão 3D entrou na era da prototipagem rápida, de acordo com as estatísticas do Instituto de Pesquisa da Indústria Comercial da China, a indústria de máquinas no campo de aplicação a jusante representa a maior proporção em 2021, atingindo 17,5%, seguida por eletrônicos de consumo ( 16,6%) e automóveis (16,1%).Com o rápido desenvolvimento das indústrias de eletrônicos de consumo e automotivas, as áreas de aplicação da impressão 3D nesses dois campos serão expandidas ainda mais no futuro.
Em termos de escala industrial, de acordo com a projeção do CIC, a taxa média de crescimento anual composto da impressão 3D em 2021-2025 é de cerca de 26,59% e chegará a 70,1 bilhões de yuans em 2025. A impressão 3D abrange três aspectos: equipamentos, materiais e serviços, dos quais os equipamentos gráficos representam a maioria.De acordo com os dados divulgados pelo CCID, a escala da indústria de equipamentos de impressão 3D da China em 2020 é de 9,254 bilhões de yuans, representando a maior proporção.Atualmente, o preço do equipamento de impressão 3D ainda é relativamente alto, por um lado, origina-se de patentes e monopólios estrangeiros, por outro lado, porque a indústria 3D da China começou tarde, a demanda é pequena e o grau de autonomia é baixo.Com a atualização e o desenvolvimento da indústria manufatureira de ponta da China, o desenvolvimento da tecnologia e a redução dos custos, a indústria de impressão 3D da China mostrará uma tendência de aumento da localização no futuro.A estreita colaboração entre os fabricantes de dispositivos é fundamental para impulsionar a escala da tecnologia de impressão 3D.A Guanghui Laser não se concentra apenas na pesquisa e inovação da tecnologia de produtos a laser, mas também explora continuamente o campo da tecnologia de processamento a laser e está empenhada em ajudar os clientes a resolver problemas de aplicação.Como fabricante líder de equipamentos de impressão 3D na China, a Micron Speed Manufacturing está familiarizada com todos os aspectos da impressão 3D e possui uma equipe experiente de consultores para fornecer aos clientes produtos de alta qualidade na área de impressão 3D profissional.No futuro, a Guanghui Laser trabalhará com a Us Light Speed Manufacturing para promover a aplicação e o desenvolvimento da tecnologia de impressão 3D a laser na China e ajudar na atualização industrial.
Horário da postagem: 24 de fevereiro de 2022