Základy laserovej 3D tlače
Aditívna výroba (3D tlač) kovových materiálov je veľmi žiadaná v letectve, kozmonautike, navigácii, vozidlách, výrobe foriem, zdravotníckych zariadeniach a ďalších oblastiach.V súčasnosti zdroj tepla používaný v procese výroby kovových aditív zahŕňa tri vysokoenergetické lúče laserového lúča, elektrónového lúča, mikrolúčovej plazmy a sintrovacieho tepelného vstupu atď., z ktorých laserový lúč je najpoužívanejším vysokoenergetickým lúčový zdroj tepla v oblasti výroby kovových prísad.V porovnaní s elektrónovým lúčom a mikrolúčovým plazmovým zdrojom tepla má laserový lúč výhody jemného bodového, nízkeho a smerového pôsobenia do špecifikovanej polohy materiálu, čo môže realizovať okamžité tavenie kovových materiálov a spĺňať požiadavky na lapovanie fúznych kanálov. a tvarovanie dielov.
Lasery používané pri laserovej 3D tlači zahŕňajú vláknové lasery, polovodičové lasery, Nd:YAG lasery a CO2 lasery.Rôzne materiály absorbujú rôzne lasery rôznych vlnových dĺžok.Vo všeobecnosti sú tlačovým polymérom hlavne CO2 lasery, zatiaľ čo 3D tlač kovových práškov využíva hlavne vláknové lasery.Podľa rôznych metód spracovania možno výrobu laserových aditív rozdeliť na selektívne laserové spekanie, selektívne laserové tavenie, priame spekanie kovov laserom, nanášanie laserového prášku, priame nanášanie kovov atď.Spomedzi nich je v súčasnosti jednou z najpoužívanejších technológií laserovej 3D tlače kovov selektívne tavenie laserom (SLM).Základná štruktúra selektívneho laserového taviaceho (SLM) tlačového zariadenia je znázornená na obrázku.Pred tlačou sa 3D model navrství a následne sa určí trajektória skenovania.Prvým krokom je rovnomerné zoškrabanie stola špachtľou a položenie vrstvy prášku naň;v druhom kroku použite laser na skenovanie špecifickej trajektórie na tejto vrstve prášku, aby sa roztavila a vytvorila sa vrstva tlače;v treťom kroku posuňte stôl o jednu vrstvu nadol a potom opakujte vyššie uvedené operácie tak, aby bola vrstva tlače naskladaná zdola nahor, aby sa vytvorili 3D časti, ktoré sa majú vytlačiť.Aby sa zabránilo oxidácii, celý proces zahŕňa odsávanie vzduchu z pracovnej komory a jej naplnenie inertným plynom.
▲ Základné princípy tlačového zariadenia SLM
Dopyt po laseroch v laserovej 3D tlači
Dopyt po laseroch pre laserovú 3D tlač sa odráža najmä v dvoch aspektoch: na jednej strane výkon a stabilita výkonu, na druhej strane kvalita lúča a veľkosť bodu.(1) Proces formovania 3D tlače s stabilitou výkonu a výkonu sa spolieha hlavne na tepelný účinok lasera, intenzita lasera musí prekročiť určitú energetickú hranicu na roztavenie materiálu, takže väčšia pozornosť sa venuje priemernému výstupnému výkonu laseru, ktorý nie je citlivý na pulzný režim lasera, preto sa zvyčajne používajú kontinuálne vláknové lasery a výkon je zhruba rozdelený medzi 100W a 1000W.Čím väčší je model, tým viac vrstiev je a tým dlhší je čas tlače.Všeobecné trvanie sa pohybuje od niekoľkých hodín až po desiatky hodín.Preto sú kladené vysoké požiadavky na dlhodobú stabilnú prevádzku laserov.Ak je teplota vysoká, kovový prášok sa môže prepáliť alebo dokonca spôsobiť pretavenie iných tvarovaných častí;teplota je nízka, kovový prášok nie je dôkladne roztavený, adhézia nie je dostatočná a tvar tvarovaného člena nemusí byť zachovaný.Preto je pre kvalitu tlače kľúčová stabilita výkonu lasera.(2) Kvalita lúča a veľkosť bodu Kvalita lúča a veľkosť bodu odráža jeden z kľúčových parametrov presnosti tlače.3D tlač je tvorená skenovaním laserovým lúčom, čím menší je laserový bod, tým vyššia je presnosť skenovania, tým vyššie je rozlíšenie tlačeného modelu a tým jemnejší je povrch tlačeného dielu viditeľný voľným okom.Hmotnosť lúča je zvyčajne charakterizovaná BPP alebo M2, čím bližšie je M2 k 1, čo naznačuje, že čím lepšia je kvalita lúča, tým koncentrovanejšia je energia lasera, tým menší je vplyv na okolité teplo;zároveň, čím lepšia je kvalita lúča, tým menší je zodpovedajúci uhol divergencie a zaostrený bod bude zodpovedajúcim spôsobom menší.
GW Laser a Fastform's Prieskum v oblasti 3D tlače
GW Laser Tech, ako globálny líder v oblasti vláknových laserov s vysokým jasom, so vzostupom technológie 3D tlače, tiež aktívne skúma túto oblasť použitia a uvádza na trh 500W jednorežimový 10μm/14μm CW vláknový laser pre aplikácie 3D tlače. zdravotnícke zariadenia, automobilové diely, letectvo a iné oblasti.Medzi nimi 10 μm a 14 μm rozdielna veľkosť priemeru jadra určuje veľkosť bodu, čo ovplyvňuje hlavne hustotu výkonu lasera, to znamená svetelnú energiu na jednotku plochy, za rovnakých podmienok výkonu, čím menšia je veľkosť bodu, tým väčší je laser. hustota výkonu a bod s vysokou hustotou výkonu je vhodný na tlač kovového prášku s vysokým bodom topenia alebo vysokým odrazom.
▲ GW laser 500W jednorežimový 10μm vláknový laserový produkt Výhody produktu:
➢ Ultratenký, ľahký dizajn, 19-palcový dizajn s výškou 1,5U, hmotnosť < 20 kg, kompaktná konštrukcia, malé rozmery, nízka hmotnosť, poskytujúce bezkonkurenčné pohodlie pri integrácii a flexibilnú všestrannosť.
➢ Štruktúra produktu má uzavretý dizajn, ktorý výrazne zlepšuje celkovú spoľahlivosť lasera pre prostredie 3D tlače, úroveň ochrany IP65 a môže pokračovať v prevádzke v drsnom prostredí, ako je vysoká teplota, vysoká vlhkosť a vysoká prašnosť.
➢ Maximálny výkon je 500W, čo stačí na tvarovanie bežne používaných kovových materiálov ako austenitická nehrdzavejúca oceľ, martenzitická nehrdzavejúca oceľ, zliatina titánu, superzliatina na báze niklu, zliatina hliníka, zliatina horčíka a pod.
➢ Dobrá stabilita výkonu, kolísanie za hodinu <0,5%, aby sa zabezpečila procesná konzistencia ultra dlhej tlače.
➢ Dobrá kvalita lúča, M2<1.1, jednorežimový výstup vlákna 10/14μm, malý výstupný bod, vysoká presnosť tlače.
FastForm je spoločnosť špecializujúca sa na výskum a vývoj technológie a zariadení 3D tlače, ktorá dokáže poskytnúť špičkové služby rýchleho prototypovania a podporné riešenia.Nadviazala hĺbkovú spoluprácu s GW Laser a v budúcnosti bude vykonávať testy 3D tlače a výskum kľúčových komponentov v letectve, automobilových modeloch, biomedicíne a ďalších oblastiach.Uvedenie produktov s jedným laserom FF-M140, špeciálny model pre výučbu FF-M150, špeciálny model s duálnym laserom na ústnu dutinu FF-M180D, priemyselný model s vysokovýkonným laserom FF-M300H 1000 W, model s dvojitým laserom FF-M500, štyri laserové produkty FF-M800 a všetky dosahujú sériovú výrobu, podporujú prispôsobené lokalizačné riešenia.Nezávisle vyvinutý softvér FastLayer na multi-laserové rezanie a generovanie ciest.Zariadenie je plne automaticky riadené a bez dozoru.▲ Mezotesonická výroba FF-M180D duálna laserová kovová 3D tlačiareň Tento produkt má tieto významné výhody: ➢ Technológia dvojcestného a variabilného ukladania prášku, vysoké využitie prášku.➢ Nezávislý vývoj softvéru, dokončenie automatického krájania a plánovania cesty jedným kliknutím.➢ Vstavaná kamera, môže na diaľku dosiahnuť plne automatické ovládanie, bezobslužnú prevádzku.➢ Zariadenie má integrovanú zváranú konštrukciu so silnou stabilitou a jednoduchou inštaláciou
▲ FASTFORM FF-M180D s GW 500W laserovými 3D tlačovými produktmi
Súčasná situácia a perspektívy rozvoja priemyslu 3D tlače
V súčasnosti 3D tlač vstúpila do éry rýchleho prototypovania, podľa štatistík Čínskeho komerčného priemyselného výskumného inštitútu predstavuje strojársky priemysel v nadväzujúcej aplikačnej oblasti najväčší podiel v roku 2021 a dosiahol 17,5 %, nasledovaný spotrebnou elektronikou ( 16,6 %) a automobily (16,1 %).S rýchlym rozvojom spotrebnej elektroniky a automobilového priemyslu sa v budúcnosti budú oblasti použitia 3D tlače v týchto dvoch oblastiach ďalej rozširovať.
Z hľadiska priemyselného rozsahu je podľa projekcií CIC priemerná ročná miera rastu 3D tlače v rokoch 2021 – 2025 približne 26,59 % a v roku 2025 dosiahne 70,1 miliardy juanov. 3D tlač pokrýva tri aspekty: vybavenie, materiály a služby, z ktorých väčšinu tvoria tlačové zariadenia.Podľa údajov zverejnených CCID je rozsah čínskeho priemyslu 3D tlačových zariadení v roku 2020 9,254 miliardy juanov, čo predstavuje najvyšší podiel.V súčasnosti je cena zariadení na 3D tlač stále pomerne vysoká, na jednej strane pochádza zo zahraničných patentov a monopolov, na druhej strane preto, že čínsky 3D priemysel začal neskoro, dopyt je malý a miera autonómie je nízka. nízka.S modernizáciou a rozvojom špičkového výrobného priemyslu v Číne, rozvojom technológií a poklesom nákladov bude čínsky 3D tlačový priemysel v budúcnosti vykazovať trend rastúcej lokalizácie.Úzka spolupráca medzi výrobcami zariadení je rozhodujúca pre rozvoj rozsahu technológie 3D tlače.Guanghui Laser sa nezameriava len na výskum a inováciu technológie laserových produktov, ale neustále skúma aj technológiu laserového spracovania a zaväzuje sa pomáhať zákazníkom riešiť aplikačné problémy.Ako popredný výrobca zariadení na 3D tlač v Číne je spoločnosť Micron Speed Manufacturing oboznámená so všetkými aspektmi 3D tlače a má skúsený tím konzultantov, ktorí zákazníkom poskytujú špičkové produkty v oblasti profesionálnej 3D tlače.V budúcnosti bude Guanghui Laser spolupracovať so spoločnosťou Us Light Speed Manufacturing na podpore aplikácie a vývoja technológie laserovej 3D tlače v Číne a na pomoc pri priemyselnej modernizácii.
Čas odoslania: 24. februára 2022