Основы лазерной 3D-печати.
Аддитивное производство (3D-печать) металлических материалов пользуется большим спросом в авиации, космонавтике, навигации, транспортных средствах, производстве пресс-форм, медицинском оборудовании и других областях.В настоящее время источник тепла, используемый в процессе аддитивного производства металлов, включает в себя три высокоэнергетических луча: лазерный луч, электронный луч, микролучевую плазму и подвод тепла при спекании и т. д., из которых лазерный луч является наиболее широко используемым высокоэнергетическим лучом. лучевой источник тепла в области аддитивного производства металлов.По сравнению с источником тепла с электронным лучом и микропучковой плазмой лазерный луч имеет преимущества тонкого пятна, низкой стоимости и направленного действия на указанное положение материала, что может обеспечить мгновенное плавление металлических материалов и удовлетворить требования притирки каналов плавления. и формирование деталей.
Лазеры, используемые в лазерной 3D-печати, включают волоконные лазеры, полупроводниковые лазеры, лазеры Nd:YAG и лазеры CO2.Разные материалы поглощают разные лазеры с разной длиной волны.Как правило, полимер для печати — это в основном CO2-лазеры, а для 3D-печати металлическими порошками в основном используются волоконные лазеры.В соответствии с различными методами обработки лазерное аддитивное производство можно разделить на селективное лазерное спекание, селективное лазерное плавление, прямое лазерное спекание металла, лазерное напыление порошка, прямое напыление металла и так далее.Среди них селективное лазерное плавление (SLM) в настоящее время является одной из наиболее широко используемых технологий лазерной 3D-печати металлом.Базовая структура печатающего устройства с селективным лазерным плавлением (SLM) показана на рисунке.Перед печатью 3D-модель наслаивается, а затем определяется траектория сканирования.Первым делом шпателем равномерно соскребите стол и уложите на него слой пудры;на втором этапе используйте лазер для сканирования определенной траектории на этом слое порошка, чтобы расплавить его и реализовать слой печати;На третьем шаге переместите стол на один слой вниз, а затем выполните цикл вышеописанных операций, чтобы слой печати укладывался снизу вверх, чтобы формировались 3D-детали для печати.Для предотвращения окисления весь процесс включает отвод воздуха из рабочей камеры и заполнение ее инертным газом.
▲ Основные принципы печатного оборудования SLM
Спрос на лазеры в лазерной 3D-печати
Спрос на лазеры для лазерной 3D-печати в основном отражается в двух аспектах: с одной стороны, мощность и стабильность мощности, с другой стороны, качество луча и размер пятна.(1) Стабильность мощности и мощности Процесс формирования 3D-печати в основном зависит от теплового эффекта лазера, интенсивность лазера должна превышать определенный энергетический порог, чтобы расплавить материал, поэтому больше внимания уделяется средней выходной мощности лазера, которая не чувствителен к импульсному режиму лазера, поэтому обычно используются непрерывные волоконные лазеры, а мощность примерно распределяется между 100 Вт и 1000 Вт.Чем больше модель, тем больше в ней слоев и тем дольше время печати.Общая продолжительность колеблется от нескольких часов до десятков часов.Поэтому к длительной стабильной работе лазеров предъявляются высокие требования.Если температура высокая, металлический порошок может перегореть или даже вызвать повторное плавление других формованных деталей;температура низкая, металлический порошок не расплавляется полностью, адгезия недостаточна, и форма формованного элемента может не сохраняться.Поэтому стабильность мощности лазера имеет решающее значение для качества печати.(2) Качество луча и размер пятна Качество луча и размер пятна отражают один из ключевых параметров точности печати.3D-печать формируется путем сканирования лазерным лучом, чем меньше лазерное пятно, тем выше точность сканирования, выше разрешение печатаемой модели и тем более нежная поверхность напечатанной детали видна невооруженным глазом.Масса луча обычно характеризуется BPP или M2, чем ближе M2 к 1, что указывает на то, что чем лучше качество луча, чем более сконцентрирована лазерная энергия, тем меньше воздействие на окружающее тепло;при этом чем лучше качество пучка, тем меньше соответствующий угол расходимости и соответственно меньше будет сфокусированное пятно.
GW Лазер и Фастформ Исследования в области 3D-печати
GW Laser Tech, мировой лидер в области волоконных лазеров высокой яркости, с развитием технологии 3D-печати также активно исследует эту область применения, выпустив одномодовый волоконный лазер непрерывного действия 10 мкм/14 мкм мощностью 500 Вт для приложений 3D-печати, для медицинские приборы, автомобильные детали, аэрокосмическая и другие области.Среди них разный диаметр ядра 10 мкм и 14 мкм определяет размер пятна, в основном влияя на плотность мощности лазера, то есть на световую энергию на единицу площади, при одинаковых условиях мощности, чем меньше размер пятна, тем больше мощность лазера. плотность мощности, а пятно с высокой плотностью мощности подходит для печати металлическим порошком с высокой температурой плавления или высоким коэффициентом отражения.
▲ Преимущества одномодового волоконного лазера мощностью 500 Вт мощностью 500 Вт с длиной волны 10 мкм:
➢ Ультратонкий, легкий дизайн, 19 дюймов, высота 1,5U, вес < 20 кг, компактная конструкция, небольшой размер, малый вес, обеспечивающие непревзойденное удобство интеграции и гибкую универсальность.
➢ Структура продукта имеет закрытую конструкцию, что значительно повышает общую надежность лазера для среды 3D-печати, уровень защиты IP65 и может продолжать работать в суровых условиях, таких как высокая температура, высокая влажность и высокая запыленность.
➢ Максимальная мощность составляет 500 Вт, что достаточно для формования часто используемых металлических материалов, таких как аустенитная нержавеющая сталь, мартенситная нержавеющая сталь, титановый сплав, суперсплав на основе никеля, алюминиевый сплав, магниевый сплав и т.д.
➢ Хорошая стабильность мощности, колебания в час <0,5%, чтобы обеспечить постоянство процесса сверхдлительной печати.
➢ Хорошее качество луча, M2<1,1, одномодовое волокно 10/14 мкм, небольшое выходное пятно, высокая точность печати.
FastForm — компания, специализирующаяся на исследованиях и разработках технологий и оборудования для 3D-печати, которая может предоставить первоклассные услуги по быстрому прототипированию и сопутствующие решения.Компания наладила тесное сотрудничество с GW Laser и в будущем будет проводить тесты 3D-печати и исследования ключевых компонентов в аэрокосмической отрасли, автомобильных моделях, биомедицине и других областях.Запущены продукты с одним лазером FF-M140, специальная модель для обучения FF-M150, специальная модель для устного обучения с двумя лазерами FF-M180D, промышленная модель мощного лазера FF-M300H мощностью 1000 Вт, модель с двумя лазерами FF-M500, модель с четырьмя лазерами FF-M800 и все они достигают массового производства, поддерживают индивидуальные решения по локализации.Независимо разработанное программное обеспечение FastLayer для мультилазерной резки и генерации путей.Оборудование управляется полностью автоматически и без присмотра.▲ Mesothesonic Manufacturing FF-M180D Двойной лазерный металлический 3D-принтер Этот продукт имеет следующие существенные преимущества: ➢ Двусторонняя технология укладки порошка с переменной скоростью, высокий коэффициент использования порошка.➢ Независимая разработка программного обеспечения, завершение автоматической нарезки и планирования пути одним щелчком мыши.➢ Встроенная камера, позволяющая удаленно осуществлять полностью автоматическое управление без присмотра.➢ Оборудование имеет интегрированную сварную конструкцию с высокой стабильностью и простотой установки.
▲ FASTFORM FF-M180D с лазерной 3D-печатью GW 500 Вт
Текущее состояние и перспективы развития индустрии 3D-печати
В настоящее время 3D-печать вступила в эру быстрого прототипирования, согласно статистике Китайского научно-исследовательского института коммерческой промышленности, на машиностроение в области последующих приложений приходится наибольшая доля в 2021 году, достигающая 17,5%, за которой следует бытовая электроника ( 16,6%) и автомобили (16,1%).С быстрым развитием бытовой электроники и автомобильной промышленности области применения 3D-печати в этих двух областях в будущем будут расширяться.
С точки зрения промышленного масштаба, согласно прогнозу CIC, среднегодовой совокупный темп роста 3D-печати в 2021-2025 гг. составляет около 26,59%, а в 2025 г. он достигнет 70,1 млрд юаней. 3D-печать охватывает три аспекта: оборудование, материалы. и услуги, большую часть которых составляет типографское оборудование.Согласно данным, опубликованным CCID, объем производства оборудования для 3D-печати в Китае в 2020 году составляет 9,254 млрд юаней, что составляет самую высокую долю.В настоящее время цена на оборудование для 3D-печати все еще относительно высока, с одной стороны, она возникает из-за иностранных патентов и монополий, с другой стороны, потому что 3D-индустрия Китая началась поздно, спрос невелик, а степень автономии низкая. низкий.С модернизацией и развитием высокотехнологичной обрабатывающей промышленности Китая, развитием технологий и снижением затрат китайская индустрия 3D-печати продемонстрирует тенденцию к увеличению локализации в будущем.Тесное сотрудничество между производителями устройств имеет решающее значение для масштабирования технологии 3D-печати.Guanghui Laser фокусируется не только на исследованиях и инновациях в области технологий лазерной продукции, но также постоянно исследует области технологий лазерной обработки и стремится помогать клиентам решать прикладные проблемы.Являясь ведущим производителем оборудования для 3D-печати в Китае, компания Micron Speed Manufacturing знакома со всеми аспектами 3D-печати и имеет опытную команду консультантов, которые предоставляют клиентам высококачественные продукты в области профессиональной 3D-печати.В будущем Guanghui Laser будет сотрудничать с Us Light Speed Manufacturing для продвижения применения и развития технологии лазерной 3D-печати в Китае и помощи в модернизации промышленности.
Время публикации: 24 февраля 2022 г.