Nguyên tắc cơ bản của in 3D bằng laser
Sản xuất bồi đắp (in 3D) vật liệu kim loại đang có nhu cầu lớn trong ngành hàng không, hàng không vũ trụ, điều hướng, phương tiện, sản xuất khuôn mẫu, thiết bị y tế và các lĩnh vực khác.Hiện tại, nguồn nhiệt được sử dụng trong quy trình sản xuất phụ gia kim loại bao gồm ba chùm năng lượng cao là chùm tia laze, chùm tia điện tử, plasma vi chùm và đầu vào nhiệt thiêu kết, v.v., trong đó chùm tia laze là nguồn năng lượng cao được sử dụng rộng rãi nhất. nguồn nhiệt chùm trong lĩnh vực sản xuất phụ gia kim loại.So với nguồn nhiệt plasma chùm tia điện tử và microbeam, chùm tia laser có ưu điểm là điểm mịn, chi phí thấp và tác động định hướng đến vị trí vật liệu được chỉ định, có thể nhận ra sự nóng chảy tức thời của vật liệu kim loại và đáp ứng các yêu cầu của quá trình ghép kênh nhiệt hạch. và tạo hình một phần.
Các loại laze được sử dụng trong in 3D bằng laze bao gồm laze sợi quang, laze bán dẫn, laze Nd:YAG và laze CO2.Các vật liệu khác nhau hấp thụ các tia laser khác nhau có bước sóng khác nhau.Nhìn chung, polyme in chủ yếu là laser CO2, trong khi in 3D bột kim loại chủ yếu sử dụng laser sợi quang.Theo các phương pháp xử lý khác nhau, sản xuất phụ gia laser có thể được chia thành thiêu kết laser chọn lọc, nung chảy laser chọn lọc, thiêu kết laser kim loại trực tiếp, lắng đọng bột laser, lắng đọng kim loại trực tiếp, v.v.Trong số đó, nóng chảy laser chọn lọc (SLM) hiện là một trong những công nghệ in 3D laser kim loại được sử dụng rộng rãi nhất.Cấu trúc cơ bản của thiết bị in laser nóng chảy chọn lọc (SLM) được thể hiện trong hình.Trước khi in, mô hình 3D được phân lớp và sau đó quỹ đạo quét được xác định.Bước đầu tiên, dùng thìa cạo đều mặt bàn và phủ một lớp bột lên trên;bước thứ hai, sử dụng tia laser để quét một quỹ đạo cụ thể trên lớp bột này để làm tan chảy nó và tạo ra một lớp in;bước thứ ba, di chuyển bảng xuống một lớp, sau đó lặp lại các thao tác trên để lớp in được xếp chồng lên nhau từ dưới lên trên, để các phần 3D được in được hình thành.Để ngăn chặn quá trình oxy hóa, toàn bộ quá trình bao gồm việc hút không khí ra khỏi buồng làm việc và đổ đầy khí trơ vào đó.
▲ Nguyên tắc cơ bản của thiết bị in SLM
Nhu cầu về laser trong in 3D laser
Nhu cầu về laser để in 3D laser chủ yếu được phản ánh ở hai khía cạnh: một mặt là công suất và độ ổn định của năng lượng, mặt khác là chất lượng chùm tia và kích thước điểm.(1) Công suất và độ ổn định của công suất Quá trình tạo hình in 3D chủ yếu dựa vào hiệu ứng nhiệt của tia laser, cường độ tia laser phải vượt quá ngưỡng năng lượng nhất định để làm tan chảy vật liệu, do đó, người ta chú ý nhiều hơn đến công suất đầu ra trung bình của tia laser, trong đó không nhạy cảm với chế độ xung của laser, vì vậy thường sử dụng laser sợi quang liên tục và công suất được phân bổ đại khái trong khoảng từ 100W đến 1000W.Mô hình càng lớn thì càng có nhiều lớp và thời gian in càng lâu.Thời lượng chung dao động từ vài giờ đến hàng chục giờ.Do đó, có những yêu cầu cao đối với hoạt động ổn định lâu dài của laser.Nếu nhiệt độ cao, bột kim loại có thể bị cháy quá mức, hoặc thậm chí khiến các bộ phận đã tạo hình khác bị nóng chảy trở lại;nhiệt độ thấp, bột kim loại không được nấu chảy hoàn toàn, độ bám dính không đủ và hình dạng của chi tiết được tạo thành có thể không được duy trì.Do đó, độ ổn định năng lượng của tia laser rất quan trọng đối với chất lượng in.(2) Chất lượng chùm tia và kích thước điểm Chất lượng chùm tia và kích thước điểm phản ánh một trong những thông số chính về độ chính xác của bản in.In 3D được hình thành bằng cách quét chùm tia laze, điểm laze càng nhỏ thì độ chính xác của quá trình quét càng cao, độ phân giải của mẫu in càng cao và bề mặt của phần in càng tinh tế có thể nhìn thấy bằng mắt thường.Khối lượng chùm tia thường được đặc trưng bởi BPP hoặc M2, M2 càng gần 1, cho thấy chất lượng chùm tia càng tốt, năng lượng laser càng tập trung, tác động đến nhiệt xung quanh càng nhỏ;đồng thời, chất lượng chùm tia càng tốt thì góc phân kỳ tương ứng càng nhỏ và điểm hội tụ cũng sẽ nhỏ hơn tương ứng.
GW laze và biểu mẫu nhanh Khám phá trong lĩnh vực in 3D
GW Laser Tech, với tư cách là công ty hàng đầu thế giới về laser sợi quang độ sáng cao, cùng với sự phát triển của công nghệ in 3D, cũng đang tích cực khám phá lĩnh vực ứng dụng này, ra mắt laser sợi quang 10μm/14μm CW đơn chế độ 500W cho các ứng dụng in 3D, cho thiết bị y tế, phụ tùng ô tô, hàng không vũ trụ và các lĩnh vực khác.Trong số đó, kích thước đường kính lõi khác nhau 10μm và 14μm xác định kích thước của điểm, chủ yếu ảnh hưởng đến mật độ năng lượng laser, nghĩa là năng lượng ánh sáng trên một đơn vị diện tích, trong cùng điều kiện năng lượng, kích thước điểm càng nhỏ, tia laser càng lớn mật độ năng lượng và điểm mật độ năng lượng cao phù hợp để in bột kim loại có điểm nóng chảy cao hoặc phản xạ cao.
▲ Ưu điểm của sản phẩm laser sợi quang 10μm chế độ đơn GW laser 500W:
➢ Thiết kế siêu mỏng, nhẹ, thiết kế chiều cao 19 inch 1.5U, trọng lượng < 20kg, cấu trúc nhỏ gọn, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, mang đến sự tiện lợi tích hợp vô song và tính linh hoạt linh hoạt.
➢ Cấu trúc sản phẩm áp dụng thiết kế khép kín, giúp cải thiện đáng kể độ tin cậy chung của tia laser đối với môi trường in 3D, cấp bảo vệ IP65 và có thể tiếp tục hoạt động trong các môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao, độ ẩm cao và nhiều bụi.
➢ Công suất tối đa là 500W, đủ để tạo thành các vật liệu kim loại thường được sử dụng như thép không gỉ austenit, thép không gỉ martensitic, hợp kim titan, siêu hợp kim gốc niken, hợp kim nhôm, hợp kim magiê, v.v.
➢ Ổn định nguồn điện tốt, dao động mỗi giờ <0,5%, để đảm bảo tính nhất quán của quy trình in siêu dài.
➢ Chất lượng chùm tia tốt, M2<1.1, đầu ra sợi đơn mode 10/14μm, điểm đầu ra nhỏ, độ chính xác in cao.
FastForm là công ty chuyên nghiên cứu và phát triển công nghệ và thiết bị in 3D, có thể cung cấp dịch vụ tạo mẫu nhanh và các giải pháp hỗ trợ hàng đầu.Nó đã thiết lập sự hợp tác sâu sắc với GW Laser, đồng thời sẽ tiến hành các thử nghiệm in 3D và nghiên cứu về các thành phần chính trong hàng không vũ trụ, mô hình ô tô, y sinh học và các lĩnh vực khác trong tương lai.Ra mắt các sản phẩm laser đơn FF-M140, mẫu đặc biệt dành cho giảng dạy FF-M150, mẫu đặc biệt dùng miệng bằng laser kép FF-M180D, mẫu công nghiệp laser công suất cao FF-M300H 1000W, mẫu laser kép FF-M500, bốn sản phẩm laser FF-M800 và tất cả đều đạt được sản xuất hàng loạt, hỗ trợ các giải pháp nội địa hóa tùy chỉnh.Phần mềm tạo đường dẫn và cắt đa tia laser được phát triển độc lập FastLayer.Thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động và không cần giám sát.▲ Máy in 3D kim loại laser kép FF-M180D do Mesothesonic sản xuất Sản phẩm này có những ưu điểm đáng kể sau: ➢ Công nghệ rải bột hai chiều và tốc độ thay đổi, sử dụng bột cao.➢ Phát triển phần mềm độc lập, lập kế hoạch đường dẫn và cắt tự động chỉ bằng một cú nhấp chuột.➢ Camera tích hợp, có thể điều khiển hoàn toàn tự động từ xa, vận hành không cần giám sát.➢ Thiết bị sử dụng cấu trúc hàn tích hợp, có độ ổn định cao và lắp đặt dễ dàng
▲ FASTFORM FF-M180D với sản phẩm in 3D laser GW 500W
Thực trạng và triển vọng phát triển của ngành in 3D
Hiện tại, in 3D đã bước vào kỷ nguyên tạo mẫu nhanh, theo thống kê của Viện Nghiên cứu Công nghiệp Thương mại Trung Quốc, ngành máy móc trong lĩnh vực ứng dụng hạ nguồn chiếm tỷ trọng lớn nhất vào năm 2021, đạt 17,5%, tiếp theo là điện tử tiêu dùng ( 16,6%) và ô tô con (16,1%).Với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng và ô tô, các lĩnh vực ứng dụng của in 3D trong hai lĩnh vực này sẽ được mở rộng hơn nữa trong tương lai.
Về quy mô công nghiệp, theo dự báo của CIC, tốc độ tăng trưởng gộp trung bình hàng năm của in 3D trong giai đoạn 2021-2025 là khoảng 26,59% và sẽ đạt 70,1 tỷ nhân dân tệ vào năm 2025. In 3D bao gồm ba khía cạnh: thiết bị, vật liệu và dịch vụ, trong đó thiết bị in ấn chiếm phần lớn.Theo dữ liệu do CCID công bố, quy mô ngành thiết bị in 3D của Trung Quốc vào năm 2020 là 9,254 tỷ nhân dân tệ, chiếm tỷ trọng cao nhất.Hiện tại, giá của thiết bị in 3D vẫn còn tương đối cao, một mặt là do các bằng sáng chế và độc quyền nước ngoài, mặt khác là do ngành công nghiệp 3D của Trung Quốc bắt đầu muộn, nhu cầu nhỏ và mức độ tự chủ thấp. Thấp.Với sự nâng cấp và phát triển của ngành sản xuất cao cấp của Trung Quốc, sự phát triển của công nghệ và giảm chi phí, ngành in 3D của Trung Quốc sẽ cho thấy xu hướng gia tăng nội địa hóa trong tương lai.Sự hợp tác chặt chẽ giữa các nhà sản xuất thiết bị là rất quan trọng để thúc đẩy quy mô của công nghệ in 3D.Guanghui Laser không chỉ tập trung vào nghiên cứu và đổi mới công nghệ sản phẩm laser mà còn liên tục khám phá trong lĩnh vực công nghệ xử lý laser và cam kết giúp khách hàng giải quyết các vấn đề ứng dụng.Là nhà sản xuất thiết bị in 3D hàng đầu tại Trung Quốc, Micron Speed Production quen thuộc với mọi khía cạnh của in 3D và có đội ngũ tư vấn giàu kinh nghiệm để cung cấp cho khách hàng những sản phẩm cao cấp trong lĩnh vực in 3D chuyên nghiệp.Trong tương lai, Guanghui Laser sẽ hợp tác với Us Light Speed Production để thúc đẩy ứng dụng và phát triển công nghệ in 3D bằng laser ở Trung Quốc và giúp nâng cấp công nghiệp.
Thời gian đăng bài: Feb-24-2022