Основи лазерного 3D друку
Адитивне виробництво (3D-друк) металевих матеріалів користується великим попитом в авіації, космонавтиці, навігації, транспортних засобах, виробництві форм, медичного обладнання та інших галузях.На даний момент джерело тепла, що використовується в процесі виробництва металевих добавок, включає три високоенергетичні промені: лазерний промінь, електронний промінь, мікропромінь плазми та підведення тепла для спікання тощо, з яких лазерний промінь є найпоширенішим високоенергетичним. пучкове джерело тепла в галузі виробництва металевих добавок.Порівняно з електронним променем і мікропроменем плазмового джерела тепла, лазерний промінь має переваги тонкої плями, низької вартості та спрямованої дії на вказане положення матеріалу, що може реалізувати миттєве плавлення металевих матеріалів і відповідати вимогам притирання каналів плавлення. і формування частини.
Лазери, які використовуються в лазерному 3D-друкі, включають волоконний лазер, напівпровідниковий лазер, лазер Nd:YAG і CO2-лазер.Різні матеріали поглинають різні лазери з різною довжиною хвилі.Загалом полімер для друку в основному використовується CO2-лазером, тоді як 3D-друк металевих порошків переважно використовує волоконний лазер.Відповідно до різних методів обробки лазерне адитивне виробництво можна розділити на селективне лазерне спікання, селективне лазерне плавлення, пряме лазерне спікання металу, лазерне осадження порошку, пряме осадження металу тощо.Серед них селективне лазерне плавлення (SLM) на даний момент є однією з найбільш широко використовуваних технологій 3D-друку металу лазером.Основна структура друкувального пристрою селективного лазерного плавлення (SLM) показана на малюнку.Перед друком 3D-модель розшаровується, а потім визначається траєкторія сканування.Першим ділом необхідно рівномірно поскоблити стіл шпателем і нанести на нього шар порошку;на другому етапі використовуйте лазер для сканування певної траєкторії на цьому шарі порошку, щоб розплавити його та створити шар друку;на третьому кроці перемістіть таблицю на один шар вниз, а потім виконайте описані вище операції, щоб шар для друку складався знизу вгору, щоб сформувалися 3D-частини для друку.Щоб запобігти окисленню, весь процес передбачає відбір повітря з робочої камери та заповнення її інертним газом.
▲ Основні принципи обладнання для друку SLM
Попит на лазери в лазерному 3D друку
Попит на лазери для лазерного 3D-друку в основному відображається в двох аспектах: з одного боку, потужність і стабільність живлення, з іншого боку, якість променя і розмір плями.(1) Потужність і стабільність потужності Процес формування 3D-друку в основному залежить від теплового ефекту лазера, інтенсивність лазера повинна перевищувати певний поріг енергії, щоб розплавити матеріал, тому більше уваги приділяється середній вихідній потужності лазера, яка не чутливий до імпульсного режиму лазера, тому зазвичай використовуються безперервні волоконні лазери, а потужність приблизно розподіляється між 100 Вт і 1000 Вт.Чим більша модель, тим більше шарів і тим довший час друку.Загальна тривалість коливається від кількох годин до десятків годин.Тому пред'являються високі вимоги до тривалої стабільної роботи лазерів.Якщо температура висока, металевий порошок може перегоріти або навіть спричинити переплавлення інших формованих частин;температура низька, металевий порошок не розплавляється повністю, адгезія недостатня, і форма сформованого елемента може не зберігатися.Тому стабільність потужності лазера має вирішальне значення для якості друку.(2) Якість променя та розмір плями Якість променя та розмір плями відображають один із ключових параметрів точності друку.3D-друк формується за допомогою сканування лазерним променем, чим менше лазерна пляма, тим вище точність сканування, тим вище роздільна здатність надрукованої моделі, і тим делікатнішу поверхню надрукованої частини видно неозброєним оком.Маса променя зазвичай характеризується BPP або M2, чим ближче M2 до 1, що вказує на те, що чим краща якість променя, тим концентрованіша енергія лазера, тим менший вплив на навколишнє тепло;в той же час, чим краща якість променя, тим менший відповідний кут розбіжності, і сфокусована пляма буде відповідно меншою.
GW Лазер і Fastform's Дослідження в галузі 3D-друку
GW Laser Tech, як світовий лідер у виробництві високояскравих волоконних лазерів, з розвитком технології 3D-друку, також активно досліджує цю сферу застосування, запускаючи 500 Вт одномодовий 10 мкм/14 мкм CW волоконний лазер для додатків 3D-друку, для медичне обладнання, автомобільні деталі, аерокосмічна та інші галузі.Серед них 10 мкм і 14 мкм різного діаметра серцевини визначають розмір плями, головним чином впливаючи на щільність потужності лазера, тобто енергію світла на одиницю площі, за однакових умов потужності, чим менший розмір плями, тим більше лазер щільність потужності, а пляма високої щільності потужності підходить для друку металевого порошку з високою температурою плавлення або високого відбиття.
▲ GW лазер 500 Вт одномодовий 10 мкм волоконний лазер переваги продукту:
➢ Ультратонкий, легкий дизайн, 19 дюймів, висота 1,5U, вага < 20 кг, компактна структура, невеликий розмір, легка вага, що забезпечує неперевершену зручність інтеграції та гнучку універсальність.
➢ Конструкція виробу має закриту конструкцію, що значно підвищує загальну надійність лазера для середовища 3D-друку, рівень захисту IP65 і може продовжувати працювати в суворих умовах, таких як висока температура, висока вологість і велика кількість пилу.
➢ Максимальна потужність становить 500 Вт, чого достатньо для виготовлення широко використовуваних металевих матеріалів, таких як аустенітна нержавіюча сталь, мартенситна нержавіюча сталь, титановий сплав, суперсплав на основі нікелю, алюмінієвий сплав, магнієвий сплав тощо.
➢ Хороша стабільність живлення, коливання на годину <0,5%, щоб забезпечити послідовність процесу надтривалого друку.
➢ Хороша якість променя, M2<1,1, вихід одномодового волокна 10/14 мкм, мала вихідна пляма, висока точність друку.
FastForm — це компанія, що спеціалізується на дослідженні та розробці технологій та обладнання для 3D-друку, яка може надавати першокласні послуги швидкого прототипування та допоміжні рішення.Вона налагодила поглиблену співпрацю з GW Laser і в майбутньому проводитиме випробування 3D-друку та дослідження ключових компонентів в аерокосмічній галузі, автомобільних моделях, біомедицині та інших галузях.Випущено одинарну лазерну модель FF-M140, спеціальну модель для навчання FF-M150, спеціальну модель для ротової порожнини з подвійним лазером FF-M180D, промислову модель потужного лазера FF-M300H потужністю 1000 Вт, подвійну лазерну модель FF-M500, чотири лазерні продукти FF-M800 та усі вони досягають масового виробництва, підтримують індивідуальні рішення локалізації.Незалежно розроблене багатолазерне програмне забезпечення FastLayer для нарізки та генерації контурів.Обладнання повністю автоматично контролюється і не обслуговується.▲ Подвійний лазерний металевий 3D-принтер виробництва Mesothesonic FF-M180D. Цей продукт має такі вагомі переваги: ➢ Двостороння технологія нанесення порошку зі змінною швидкістю, високе використання порошку.➢ Незалежна розробка програмного забезпечення, завершення автоматичного нарізання та планування шляху в один клік.➢ Вбудована камера, може дистанційно досягати повністю автоматичного керування, роботи без нагляду.➢ Обладнання має інтегровану зварену конструкцію з високою стабільністю та простим встановленням
▲ FASTFORM FF-M180D із лазерним 3D-друком GW 500 Вт
Поточна ситуація та перспективи розвитку галузі 3D-друку
В даний час 3D-друк вступив в еру швидкого прототипування, згідно зі статистичними даними Китайського науково-дослідного інституту комерційної промисловості, у 2021 році машинобудівна промисловість у сфері подальшого застосування становила найбільшу частку, досягнувши 17,5%, за нею йде побутова електроніка ( 16,6%) та автомобілі (16,1%).Зі швидким розвитком споживчої електроніки та автомобільної промисловості сфери застосування 3D-друку в цих двох галузях у майбутньому будуть ще більше розширюватися.
З точки зору промислового масштабу, згідно з прогнозом CIC, середньорічний темп зростання 3D-друку в 2021-2025 роках становить близько 26,59%, а в 2025 році він досягне 70,1 мільярда юанів. 3D-друк охоплює три аспекти: обладнання, матеріали та послуг, більшість з яких займає друкарське обладнання.Згідно з даними, опублікованими CCID, масштаб індустрії обладнання для 3D-друку в Китаї в 2020 році становив 9,254 мільярда юанів, що становить найвищу частку.В даний час ціна на обладнання для 3D-друку все ще відносно висока, з одного боку, вона походить від іноземних патентів і монополій, з іншого боку, оскільки 3D-індустрія Китаю почалася пізно, попит невеликий, а ступінь автономії є низький.З модернізацією та розвитком високоякісної обробної промисловості Китаю, розвитком технологій і зниженням витрат китайська індустрія 3D-друку продемонструє тенденцію до зростання локалізації в майбутньому.Тісна співпраця між виробниками пристроїв має вирішальне значення для збільшення масштабу технології 3D-друку.Guanghui Laser не лише зосереджується на дослідженнях та інноваціях у сфері лазерних технологій, але й постійно досліджує технологію лазерної обробки та прагне допомагати клієнтам у вирішенні прикладних проблем.Як провідний виробник обладнання для 3D-друку в Китаї, Micron Speed Manufacturing знайома з усіма аспектами 3D-друку та має досвідчену команду консультантів, щоб надавати клієнтам високоякісні продукти у сфері професійного 3D-друку.У майбутньому Guanghui Laser співпрацюватиме з Us Light Speed Manufacturing, щоб сприяти застосуванню та розвитку технології лазерного 3D-друку в Китаї та сприяти модернізації промисловості.
Час публікації: 24 лютого 2022 р