พื้นฐานของการพิมพ์เลเซอร์ 3 มิติ
การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (การพิมพ์ 3 มิติ) ของวัสดุโลหะเป็นที่ต้องการอย่างมากในอุตสาหกรรมการบิน การบินและอวกาศ การนำทาง ยานพาหนะ การผลิตแม่พิมพ์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆในปัจจุบัน แหล่งความร้อนที่ใช้ในกระบวนการผลิตสารเติมแต่งโลหะประกอบด้วยลำแสงพลังงานสูง 3 ลำ ได้แก่ ลำแสงเลเซอร์ ลำแสงอิเล็กตรอน ลำแสงพลาสมาขนาดเล็ก และอินพุตความร้อนจากการเผาผนึก เป็นต้น ซึ่งลำแสงเลเซอร์เป็นลำแสงพลังงานสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด แหล่งกำเนิดความร้อนจากลำแสงในด้านการผลิตสารเติมแต่งโลหะเมื่อเทียบกับลำแสงอิเล็กตรอนและแหล่งความร้อนพลาสมาไมโครบีม ลำแสงเลเซอร์มีข้อได้เปรียบของจุดละเอียด ต้นทุนต่ำ และการดำเนินการตามทิศทางไปยังตำแหน่งวัสดุที่ระบุ ซึ่งสามารถรับรู้การหลอมละลายของวัสดุโลหะในทันทีและเป็นไปตามข้อกำหนดของฟิวชันแชนเนลขัด และการขึ้นรูปชิ้นส่วน
เลเซอร์ที่ใช้ในการพิมพ์เลเซอร์ 3 มิติ ได้แก่ ไฟเบอร์เลเซอร์ เลเซอร์สารกึ่งตัวนำ เลเซอร์ Nd:YAG และเลเซอร์ CO2วัสดุที่แตกต่างกันจะดูดซับเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นต่างกันโดยทั่วไปแล้ว โพลิเมอร์การพิมพ์ส่วนใหญ่เป็นเลเซอร์ CO2 ในขณะที่การพิมพ์ 3 มิติของผงโลหะใช้ไฟเบอร์เลเซอร์เป็นหลักตามวิธีการประมวลผลที่แตกต่างกัน การผลิตสารเติมแต่งด้วยเลเซอร์สามารถแบ่งออกเป็นการเผาด้วยเลเซอร์แบบเลือก การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือก การเผาด้วยเลเซอร์โลหะโดยตรง การตกตะกอนด้วยผงเลเซอร์ การทับถมโลหะโดยตรง และอื่นๆในหมู่พวกเขา การหลอมด้วยเลเซอร์แบบเลือก (SLM) เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยเลเซอร์โลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันโครงสร้างพื้นฐานของอุปกรณ์การพิมพ์แบบ Selective Laser Melting (SLM) แสดงอยู่ในรูปภาพก่อนพิมพ์ โมเดล 3 มิติจะถูกสร้างเป็นชั้น จากนั้นจึงกำหนดวิถีการสแกนขั้นตอนแรกคือการขูดโต๊ะอย่างสม่ำเสมอด้วยไม้พายและวางชั้นแป้งไว้ขั้นตอนที่สอง ใช้เลเซอร์สแกนวิถีเฉพาะบนชั้นของผงนี้เพื่อละลายและตระหนักถึงชั้นของการพิมพ์ขั้นตอนที่สาม ย้ายตารางลงมาหนึ่งชั้น จากนั้นหมุนเวียนการดำเนินการข้างต้น เพื่อให้ชั้นการพิมพ์เรียงซ้อนจากล่างขึ้นบน เพื่อสร้างชิ้นส่วน 3 มิติที่จะพิมพ์เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน กระบวนการทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการดึงอากาศออกจากห้องทำงานและเติมด้วยก๊าซเฉื่อย
▲ หลักการพื้นฐานของอุปกรณ์การพิมพ์ SLM
ความต้องการเลเซอร์ในการพิมพ์ 3 มิติด้วยเลเซอร์
ความต้องการเลเซอร์สำหรับการพิมพ์ 3 มิติด้วยเลเซอร์ส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในสองด้าน: ในแง่หนึ่ง กำลังไฟและความเสถียรของพลังงาน ในทางกลับกัน คุณภาพของลำแสงและขนาดจุด(1) พลังงานและความเสถียรของพลังงาน กระบวนการขึ้นรูปการพิมพ์ 3 มิติส่วนใหญ่อาศัยเอฟเฟกต์ความร้อนของเลเซอร์ ความเข้มของเลเซอร์ต้องเกินเกณฑ์พลังงานที่กำหนดจึงจะละลายวัสดุได้ ดังนั้นควรให้ความสนใจมากขึ้นกับกำลังส่งออกเฉลี่ยของเลเซอร์ ซึ่ง ไม่ไวต่อโหมดพัลส์ของเลเซอร์ ดังนั้นจึงมักใช้ไฟเบอร์เลเซอร์แบบต่อเนื่อง และพลังงานจะกระจายโดยประมาณระหว่าง 100W และ 1000Wยิ่งโมเดลมีขนาดใหญ่เท่าไรก็ยิ่งมีเลเยอร์มากขึ้นเท่านั้น และเวลาในการพิมพ์ก็จะยิ่งนานขึ้นเท่านั้นระยะเวลาทั่วไปมีตั้งแต่ไม่กี่ชั่วโมงไปจนถึงหลายสิบชั่วโมงดังนั้นจึงมีความต้องการสูงสำหรับการทำงานที่เสถียรในระยะยาวของเลเซอร์หากอุณหภูมิสูง ผงโลหะอาจไหม้มากเกินไป หรือแม้กระทั่งทำให้ชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปอื่นละลายอุณหภูมิต่ำ ผงโลหะละลายไม่ทั่วถึง การยึดเกาะไม่เพียงพอ และรูปร่างของชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปอาจไม่คงรูปดังนั้น ความเสถียรของกำลังไฟของเลเซอร์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อคุณภาพการพิมพ์(2) คุณภาพของลำแสงและขนาดลำแสง คุณภาพของลำแสงและขนาดของลำแสงสะท้อนถึงหนึ่งในพารามิเตอร์หลักของความแม่นยำในการพิมพ์การพิมพ์ 3 มิติเกิดขึ้นจากการสแกนด้วยลำแสงเลเซอร์ ยิ่งจุดเลเซอร์มีขนาดเล็ก ความแม่นยำในการสแกนก็จะยิ่งสูงขึ้น ความละเอียดของโมเดลที่พิมพ์ก็จะยิ่งสูงขึ้น และพื้นผิวของชิ้นส่วนที่พิมพ์ก็จะยิ่งละเอียดมากขึ้นด้วยตาเปล่าโดยทั่วไปแล้วมวลของลำแสงจะมีลักษณะเฉพาะคือ BPP หรือ M2 ยิ่ง M2 เข้าใกล้ 1 มากเท่าไร แสดงว่ายิ่งคุณภาพของลำแสงดีขึ้น พลังงานเลเซอร์ยิ่งมีความเข้มข้นมากขึ้น ผลกระทบต่อความร้อนโดยรอบก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้นในเวลาเดียวกัน ยิ่งคุณภาพของลำแสงดีขึ้น มุมไดเวอร์เจนซ์ที่สอดคล้องกันก็จะยิ่งน้อยลง และจุดที่โฟกัสก็จะเล็กลงตามไปด้วย
GW เลเซอร์และ ฟาสต์ฟอร์ม การสำรวจในด้านการพิมพ์ 3 มิติ
GW Laser Tech ในฐานะผู้นำระดับโลกด้านไฟเบอร์เลเซอร์ความสว่างสูงพร้อมเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่เพิ่มสูงขึ้น กำลังเร่งสำรวจในด้านแอปพลิเคชันนี้ โดยเปิดตัวไฟเบอร์เลเซอร์โหมดเดียว 10μm/14μm CW ขนาด 500W สำหรับแอปพลิเคชันการพิมพ์ 3 มิติ สำหรับ อุปกรณ์การแพทย์ ชิ้นส่วนยานยนต์ การบินและอวกาศ และสาขาอื่นๆในหมู่พวกเขา ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางแกนที่แตกต่างกัน 10μm และ 14μm เป็นตัวกำหนดขนาดของลำแสง ซึ่งส่วนใหญ่ส่งผลต่อความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์ นั่นคือ พลังงานแสงต่อหน่วยพื้นที่ภายใต้สภาวะพลังงานเดียวกัน ยิ่งขนาดของลำแสงเล็กลง เลเซอร์ยิ่งมากขึ้น ความหนาแน่นของพลังงานและจุดความหนาแน่นของพลังงานสูงเหมาะสำหรับการพิมพ์ผงโลหะที่มีจุดหลอมเหลวสูงหรือผงโลหะสะท้อนแสงสูง
▲ GW laser 500W single mode 10μm ข้อดีของผลิตภัณฑ์ไฟเบอร์เลเซอร์:
➢ การออกแบบที่บางเฉียบ น้ำหนักเบา การออกแบบความสูง 1.5U 19 นิ้ว น้ำหนัก < 20 กก. โครงสร้างที่กะทัดรัด ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา ให้ความสะดวกในการรวมที่เหนือชั้นและความคล่องตัวที่ยืดหยุ่น
➢ โครงสร้างผลิตภัณฑ์ใช้การออกแบบแบบปิด ซึ่งปรับปรุงความน่าเชื่อถือโดยรวมของเลเซอร์อย่างมากสำหรับสภาพแวดล้อมการพิมพ์ 3 มิติ ระดับการป้องกัน IP65 และสามารถทำงานต่อได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิสูง ความชื้นสูง และฝุ่นละอองสูง
➢ กำลังไฟสูงสุดคือ 500W ซึ่งเพียงพอที่จะสร้างวัสดุโลหะที่ใช้กันทั่วไป เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก โลหะผสมไททาเนียม ซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบ โลหะผสมอะลูมิเนียม แมกนีเซียมอัลลอยด์ และอื่นๆ
➢ ความเสถียรของพลังงานที่ดี ความผันผวนต่อชั่วโมง <0.5% เพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการพิมพ์ที่ใช้เวลานานเป็นพิเศษมีความสม่ำเสมอ
➢ คุณภาพลำแสงที่ดี, M2<1.1, เอาต์พุตไฟเบอร์โหมดเดียว 10/14μm, จุดเอาต์พุตขนาดเล็ก, ความแม่นยำในการพิมพ์สูง
FastForm เป็นบริษัทที่เชี่ยวชาญด้านการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีและอุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งสามารถให้บริการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วชั้นยอดและโซลูชันสนับสนุนบริษัทได้สร้างความร่วมมือเชิงลึกกับ GW Laser และจะทำการทดสอบการพิมพ์ 3 มิติและการวิจัยเกี่ยวกับส่วนประกอบหลักในอวกาศ แบบจำลองยานยนต์ ชีวเวชศาสตร์ และสาขาอื่นๆ ในอนาคตเปิดตัวผลิตภัณฑ์เลเซอร์เดี่ยว FF-M140, FF-M150 รุ่นพิเศษสำหรับการสอน, FF-M180D เลเซอร์คู่รุ่นพิเศษในช่องปาก, FF-M300H 1000W เลเซอร์รุ่นอุตสาหกรรมกำลังสูง, FF-M500 รุ่นเลเซอร์คู่, FF-M800 ผลิตภัณฑ์เลเซอร์สี่ตัว และ ทั้งหมดนี้ได้รับการผลิตเป็นจำนวนมาก รองรับโซลูชันโลคัลไลเซชันแบบกำหนดเองFastLayer ซอฟต์แวร์การแบ่งส่วนและการสร้างเส้นทางด้วยเลเซอร์หลายตัวที่พัฒนาโดยอิสระอุปกรณ์นี้ถูกควบคุมโดยอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์และไม่ต้องมีคนดูแล▲ การผลิต Mesothesonic FF-M180D เครื่องพิมพ์ 3D โลหะเลเซอร์คู่ ผลิตภัณฑ์นี้มีข้อได้เปรียบที่สำคัญดังต่อไปนี้: ➢ เทคโนโลยีการวางผงแบบสองทางและความเร็วแบบแปรผัน การใช้ผงแป้งสูง➢ การพัฒนาซอฟต์แวร์อิสระ การทำให้ Slicing อัตโนมัติและการวางแผนเส้นทางเสร็จสิ้นในคลิกเดียว➢ กล้องในตัว สามารถควบคุมระยะไกลได้โดยอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์ การทำงานแบบอัตโนมัติ➢ อุปกรณ์นี้ใช้โครงสร้างเชื่อมแบบบูรณาการที่มีเสถียรภาพสูงและติดตั้งง่าย
▲ FASTFORM FF-M180D พร้อมผลิตภัณฑ์การพิมพ์เลเซอร์ 3 มิติ GW 500W
สถานการณ์ปัจจุบันและแนวโน้มการพัฒนาของอุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติ
ปัจจุบัน การพิมพ์ 3 มิติได้เข้าสู่ยุคของการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว ตามสถิติของ China Commercial Industry Research Institute อุตสาหกรรมเครื่องจักรในฟิลด์แอปพลิเคชันปลายน้ำมีสัดส่วนมากที่สุดในปี 2564 สูงถึง 17.5% ตามด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ( 16.6%) และรถยนต์ (16.1%)ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคและยานยนต์ ขอบเขตการใช้งานของการพิมพ์ 3 มิติในสองสาขานี้จะถูกขยายเพิ่มเติมในอนาคต
ในแง่ของขนาดอุตสาหกรรม ตามการคาดการณ์ของ CIC อัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีของการพิมพ์ 3 มิติในปี 2564-2568 อยู่ที่ประมาณ 26.59% และจะสูงถึง 70.1 พันล้านหยวนในปี 2568 การพิมพ์ 3 มิติครอบคลุมสามด้าน ได้แก่ อุปกรณ์ วัสดุ และบริการซึ่งอุปกรณ์การพิมพ์เป็นส่วนใหญ่ตามข้อมูลที่เผยแพร่โดย CCID อุตสาหกรรมอุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติของจีนในปี 2563 อยู่ที่ 9.254 พันล้านหยวน คิดเป็นสัดส่วนสูงสุดในปัจจุบัน ราคาของอุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติยังคงค่อนข้างสูง ในแง่หนึ่ง มันมาจากสิทธิบัตรและการผูกขาดจากต่างประเทศ ในทางกลับกัน เนื่องจากอุตสาหกรรม 3 มิติของจีนเริ่มต้นช้า ความต้องการมีน้อย และระดับความเป็นอิสระคือ ต่ำ.ด้วยการยกระดับและพัฒนาอุตสาหกรรมการผลิตระดับไฮเอนด์ของจีน การพัฒนาเทคโนโลยีและการลดต้นทุน อุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติของจีนจะแสดงให้เห็นถึงแนวโน้มของการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นที่เพิ่มขึ้นในอนาคตการทำงานร่วมกันอย่างใกล้ชิดระหว่างผู้ผลิตอุปกรณ์มีความสำคัญต่อการขับเคลื่อนขนาดของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติGuanghui Laser ไม่เพียงแต่มุ่งเน้นไปที่การวิจัยและนวัตกรรมของเทคโนโลยีผลิตภัณฑ์เลเซอร์เท่านั้น แต่ยังสำรวจในด้านเทคโนโลยีการประมวลผลด้วยเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง และมุ่งมั่นที่จะช่วยเหลือลูกค้าในการแก้ปัญหาการใช้งานในฐานะผู้ผลิตอุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติชั้นนำในประเทศจีน Micron Speed Manufacturing คุ้นเคยกับการพิมพ์ 3 มิติทุกด้าน และมีทีมที่ปรึกษาที่มีประสบการณ์เพื่อให้บริการลูกค้าด้วยผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์ในด้านการพิมพ์ 3 มิติระดับมืออาชีพในอนาคต Guanghui Laser จะทำงานร่วมกับ Us Light Speed Manufacturing เพื่อส่งเสริมการประยุกต์ใช้และการพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยเลเซอร์ในประเทศจีน และช่วยยกระดับอุตสาหกรรม
เวลาโพสต์: กุมภาพันธ์-24-2022