Osnove laserskega 3D tiskanja
Aditivna proizvodnja (3D tiskanje) kovinskih materialov je v letalstvu, vesolju, navigaciji, vozilih, proizvodnji kalupov, medicinski opremi in na drugih področjih veliko povpraševanje.Trenutno vir toplote, ki se uporablja v proizvodnem procesu kovinskih dodatkov, vključuje tri visokoenergijske žarke laserskega žarka, elektronskega žarka, mikro žarka plazme in vhodne toplote za sintranje itd., od katerih je laserski žarek najpogosteje uporabljen visokoenergetski žarek. toplotni vir snopa na področju aditivnega izdelave kovin.V primerjavi s plazemskim virom toplote z elektronskim žarkom in mikrožarkom ima laserski žarek prednosti fine pike, nizke cene in usmerjenega delovanja na določen položaj materiala, ki lahko realizira takojšnje taljenje kovinskih materialov in izpolnjuje zahteve za prekrivanje fuzijskega kanala in oblikovanje delov.
Laserji, ki se uporabljajo pri laserskem 3D tiskanju, vključujejo laserje z vlakni, polprevodniške laserje, laserje Nd:YAG in CO2 laserje.Različni materiali absorbirajo različne laserje različnih valovnih dolžin.Na splošno so polimeri za tiskanje večinoma laserji CO2, medtem ko se za 3D-tiskanje kovinskega prahu uporabljajo predvsem laserji z vlakni.Glede na različne metode obdelave lahko lasersko aditivno proizvodnjo razdelimo na selektivno lasersko sintranje, selektivno lasersko taljenje, neposredno lasersko sintranje kovin, lasersko nanašanje prahu, neposredno nanašanje kovin in tako naprej.Med njimi je selektivno lasersko taljenje (SLM) trenutno ena najbolj razširjenih tehnologij laserskega 3D tiskanja kovin.Osnovna zgradba tiskalne naprave za selektivno lasersko taljenje (SLM) je prikazana na sliki.Pred tiskanjem se 3D model razloči po plasteh in nato se določi trajektorija skeniranja.Prvi korak je, da z lopatko enakomerno postrgamo po mizi in nanjo položimo plast prahu;drugi korak, uporabite laser za skeniranje določene trajektorije na tej plasti prahu, da jo stopite in ustvarite plast tiskanja;v tretjem koraku premaknite mizo eno plast navzdol in nato krožite z zgornjimi operacijami, tako da je tiskalna plast zložena od spodaj navzgor, tako da se oblikujejo 3D deli, ki jih želite natisniti.Da bi preprečili oksidacijo, celoten proces vključuje odvzem zraka iz delovne komore in njeno polnjenje z inertnim plinom.
▲ Osnovna načela opreme za tiskanje SLM
Povpraševanje po laserjih v laserskem 3D tiskanju
Povpraševanje po laserjih za lasersko 3D tiskanje se odraža predvsem v dveh vidikih: na eni strani moč in stabilnost moči, na drugi strani pa kakovost žarka in velikost mesta.(1) Moč in stabilnost moči Proces oblikovanja 3D-tiskanja je v glavnem odvisen od toplotnega učinka laserja, intenzivnost laserja mora preseči določen energijski prag, da se material stopi, zato je več pozornosti namenjeno povprečni izhodni moči laserja, ki ni občutljiv na pulzni način laserja, zato se običajno uporabljajo laserji z neprekinjenimi vlakni, moč pa je približno porazdeljena med 100 W in 1000 W.Večji kot je model, več je plasti in daljši je čas tiskanja.Splošno trajanje je od nekaj ur do več deset ur.Zato obstajajo visoke zahteve za dolgoročno stabilno delovanje laserjev.Če je temperatura visoka, lahko kovinski prah pregori ali celo povzroči ponovno taljenje drugih oblikovanih delov;temperatura je nizka, kovinski prah ni popolnoma stopljen, oprijem ni zadosten in oblika oblikovanega elementa se morda ne bo ohranila.Zato je stabilnost moči laserja ključnega pomena za kakovost tiskanja.(2) Kakovost žarka in velikost točke Kakovost žarka in velikost točke odražata enega ključnih parametrov natančnosti tiskanja.3D tisk nastane s skeniranjem z laserskim žarkom, manjša kot je laserska točka, večja je natančnost skeniranja, višja je ločljivost natisnjenega modela in bolj občutljiva površina natisnjenega dela je vidna s prostim očesom.Masa žarka je običajno označena z BPP ali M2, bližje kot je M2 1, kar pomeni, da boljša kot je kakovost žarka, bolj koncentrirana je laserska energija, manjši je vpliv na okoliško toploto;hkrati pa boljša kot je kakovost žarka, manjši je ustrezen divergenčni kot in fokusna točka bo ustrezno manjša.
GW Laser in Fastform's Raziskovanje na področju 3D tiskanja
GW Laser Tech, kot vodilni svetovni proizvajalec laserjev z vlakni visoke svetilnosti, z vzponom tehnologije 3D-tiskanja, prav tako aktivno raziskuje na tem področju uporabe in lansira 500 W enomodni 10 μm/14 μm CW laser z vlakni za aplikacije 3D-tiskanja, za medicinske naprave, avtomobilski deli, vesoljska in druga področja.Med njimi 10 μm in 14 μm različna velikost premera jedra določa velikost točke, ki v glavnem vpliva na gostoto moči laserja, to je svetlobno energijo na enoto površine, pod enakimi pogoji moči, manjša kot je velikost točke, večji je laser gostota moči, mesto z visoko gostoto moči pa je primerno za tiskanje kovinskega prahu z visokim tališčem ali visoko refleksijo.
▲ Prednosti izdelka GW laser 500 W z enosmernim 10 μm optičnim laserjem:
➢ Izjemno tanek, lahek dizajn, 19-palčna zasnova višine 1,5 U, teža < 20 kg, kompaktna zgradba, majhna velikost, majhna teža, ki zagotavlja neprimerljivo priročnost integracije in prilagodljivo vsestranskost.
➢ Struktura izdelka ima zaprto zasnovo, ki močno izboljša splošno zanesljivost laserja za okolje 3D tiskanja, raven zaščite IP65 in lahko še naprej deluje v težkih okoljih, kot so visoka temperatura, visoka vlažnost in veliko prahu.
➢ Največja moč je 500 W, kar je dovolj za oblikovanje običajno uporabljenih kovinskih materialov, kot so avstenitno nerjavno jeklo, martenzitno nerjavno jeklo, titanove zlitine, superzlitine na osnovi niklja, aluminijeve zlitine, magnezijeve zlitine itd.
➢ Dobra stabilnost električne energije, nihanja na uro <0,5 %, da se zagotovi konsistentnost procesa ultra dolgega tiskanja.
➢ Dobra kakovost žarka, M2<1,1, enomodni izhod iz vlaken 10/14 μm, majhna izhodna točka, visoka natančnost tiskanja.
FastForm je podjetje, specializirano za raziskave in razvoj tehnologije in opreme za 3D tiskanje, ki lahko nudi vrhunske storitve hitre izdelave prototipov in podporne rešitve.Vzpostavil je poglobljeno sodelovanje z GW Laser in bo v prihodnosti izvajal teste 3D tiskanja in raziskave na ključnih komponentah v letalstvu, avtomobilskih modelih, biomedicini in drugih področjih.Predstavljeni izdelki z enim laserjem FF-M140, posebni model za poučevanje FF-M150, posebni model z dvojnim laserjem za oralno uporabo FF-M180D, industrijski model visoko zmogljivega laserja FF-M300H 1000 W, model z dvojnim laserjem FF-M500, štiri laserski izdelki FF-M800 in vsi dosegajo množično proizvodnjo, podpirajo prilagojene lokalizacijske rešitve.Neodvisno razvita programska oprema za rezanje z več laserji in ustvarjanje poti FastLayer.Oprema je popolnoma samodejno nadzorovana in nenadzorovana.▲ Mesothesonic proizvodni dvojni laserski kovinski 3D tiskalnik FF-M180D Ta izdelek ima naslednje pomembne prednosti: ➢ Dvosmerna tehnologija polaganja prahu s spremenljivo hitrostjo, visoka izkoriščenost prahu.➢ Neodvisen razvoj programske opreme, dokončanje samodejnega rezanja in načrtovanja poti z enim klikom.➢ Vgrajena kamera, lahko na daljavo doseže popolnoma samodejni nadzor, nenadzorovano delovanje.➢ Oprema ima integrirano varjeno strukturo z močno stabilnostjo in enostavno namestitvijo
▲ FASTFORM FF-M180D z izdelki za lasersko 3D tiskanje GW 500 W
Trenutno stanje in možnosti razvoja industrije 3D tiskanja
Trenutno je 3D-tiskanje vstopilo v dobo hitre izdelave prototipov, po statističnih podatkih Kitajskega raziskovalnega inštituta za komercialno industrijo predstavlja leta 2021 največji delež strojna industrija na področju nadaljnjih aplikacij, ki je dosegla 17,5 %, sledi potrošniška elektronika ( 16,6 %) in avtomobili (16,1 %).S hitrim razvojem zabavne elektronike in avtomobilske industrije se bodo področja uporabe 3D tiskanja na teh dveh področjih v prihodnosti še razširila.
Kar zadeva industrijski obseg, je po projekciji CIC povprečna letna skupna stopnja rasti 3D-tiskanja v letih 2021–2025 približno 26,59 % in bo leta 2025 dosegla 70,1 milijarde juanov. 3D-tiskanje zajema tri vidike: opremo, materiale in storitve, med katerimi predstavlja večino oprema za tiskanje.Po podatkih, ki jih je objavil CCID, obseg kitajske industrije opreme za 3D-tiskanje leta 2020 znaša 9,254 milijarde juanov, kar predstavlja največji delež.Trenutno je cena opreme za 3D tiskanje še vedno razmeroma visoka, po eni strani izvira iz tujih patentov in monopolov, po drugi strani pa je povpraševanje majhno, stopnja avtonomije pa je majhna, ker se je kitajska 3D industrija začela pozno. nizka.Z nadgradnjo in razvojem kitajske vrhunske proizvodne industrije, razvojem tehnologije in padcem stroškov bo kitajska industrija 3D-tiskanja v prihodnosti pokazala trend vse večje lokalizacije.Tesno sodelovanje med proizvajalci naprav je ključnega pomena za spodbujanje obsega tehnologije 3D tiskanja.Guanghui Laser se ne osredotoča le na raziskave in inovacije tehnologije laserskih izdelkov, ampak tudi nenehno raziskuje na področju tehnologije laserske obdelave in je zavezan k pomoči strankam pri reševanju aplikacijskih težav.Kot vodilni proizvajalec opreme za 3D-tiskanje na Kitajskem je Micron Speed Manufacturing seznanjen z vsemi vidiki 3D-tiskanja in ima izkušeno ekipo svetovalcev, ki strankam zagotavlja vrhunske izdelke na področju profesionalnega 3D-tiskanja.V prihodnosti bo Guanghui Laser sodeloval z Us Light Speed Manufacturing za spodbujanje uporabe in razvoja tehnologije laserskega 3D-tiskanja na Kitajskem in pomoč pri industrijski nadgradnji.
Čas objave: 24. februarja 2022