Технологија ласерске адитивне производње (АМ), са својим предностима високе тачности производње, велике флексибилности и високог степена аутоматизације, широко се користи у производњи кључних компоненти у областима као што су аутомобилска, медицинска, ваздухопловна итд. (као што су млазнице за ракетно гориво, носачи сателитских антена, људски имплантати итд.). Ова технологија може значајно побољшати комбиноване перформансе штампаних делова кроз интегрисану производњу структуре и перформанси материјала. Тренутно, технологија ласерске адитивне производње генерално усваја фокусирани Гаусов сноп са високом расподелом енергије у центру и ниском расподелом енергије на ивици. Међутим, често генерише високе термичке градијенте у растопу, што доводи до накнадног формирања пора и крупних зрна. Технологија обликовања снопа је нова метода за решавање овог проблема, која побољшава ефикасност и квалитет штампања подешавањем расподеле енергије ласерског снопа.
У поређењу са традиционалном субтракцијом и еквивалентном производњом, технологија адитивне производње метала има предности као што су кратко време производног циклуса, висока тачност обраде, висока стопа искоришћења материјала и добре укупне перформансе делова. Стога се технологија адитивне производње метала широко користи у индустријама као што су ваздухопловство, оружје и опрема, нуклеарна енергија, биофармацеутски производи и аутомобили. Заснована на принципу дискретног слагања, адитивна производња метала користи извор енергије (као што је ласер, лук или електронски сноп) за топљење праха или жице, а затим их слаже слој по слој да би се произвела циљана компонента. Ова технологија има значајне предности у производњи малих серија, сложених структура или персонализованих делова. Материјали који се не могу или је тешко обрадити традиционалним техникама такође су погодни за припрему коришћењем метода адитивне производње. Због горе наведених предности, технологија адитивне производње привукла је широку пажњу научника како у земљи тако и у иностранству. У последњих неколико деценија, технологија адитивне производње је брзо напредовала. Захваљујући аутоматизацији и флексибилности опреме за ласерску адитивну производњу, као и свеобухватним предностима високе густине ласерске енергије и високе тачности обраде, технологија ласерске адитивне производње се најбрже развила међу три горе поменуте технологије адитивне производње метала.
Технологија адитивне производње метала помоћу ласерског ...
У тренутном процесу адитивне ласерске производње, фокусирани Гаусов сноп је обично извор енергије. Међутим, због своје јединствене расподеле енергије (висок центар, ниска ивица), вероватно је да ће изазвати високе термичке градијенте и нестабилност растопљеног базена. То резултира лошим квалитетом обликовања штампаних делова. Поред тога, ако је централна температура растопљеног базена превисока, то ће узроковати испаравање металних елемената са ниском тачком топљења, што додатно погоршава нестабилност LBPF процеса. Стога, са повећањем порозности, механичка својства и век трајања штампаних делова до замора значајно се смањују. Неравномерна расподела енергије Гаусових снопова такође доводи до ниске ефикасности коришћења енергије ласера и прекомерног расипања енергије. Да би се постигао бољи квалитет штампе, научници су почели да истражују компензацију недостатака Гаусових снопова модификовањем параметара процеса као што су снага ласера, брзина скенирања, дебљина слоја праха и стратегија скенирања, како би контролисали могућност уноса енергије. Због веома уског прозора обраде ове методе, фиксна физичка ограничења ограничавају могућност даље оптимизације. На пример, повећање снаге ласера и брзине скенирања може постићи високу ефикасност производње, али често долази по цену жртвовања квалитета штампе. Последњих година, промена расподеле ласерске енергије кроз стратегије обликовања снопа може значајно побољшати ефикасност производње и квалитет штампе, што може постати будући правац развоја технологије адитивне ласерске производње. Технологија обликовања снопа се генерално односи на подешавање расподеле таласног фронта улазног снопа како би се добиле жељене карактеристике расподеле интензитета и пропагације. Примена технологије обликовања снопа у технологији адитивне производње метала приказана је на слици 2.
Примена технологије обликовања снопа у ласерској адитивној производњи
Недостаци традиционалног штампања Гаусовим снопом
У технологији адитивне производње метала ласером, расподела енергије ласерског зрака има значајан утицај на квалитет штампаних делова. Иако се Гаусови зраци широко користе у опреми за адитивну производњу метала ласером, они пате од озбиљних недостатака као што су нестабилан квалитет штампе, ниско искоришћење енергије и уски процесни прозори у процесу адитивне производње. Међу њима, процес топљења праха и динамика растопљеног базена током процеса адитивне производње метала ласером уско су повезани са дебљином слоја праха. Због присуства зона прскања праха и ерозије, стварна дебљина слоја праха је већа од теоријског очекивања. Друго, стуб паре је изазвао главне повратне млазеве прскања. Метална пара судара се са задњим зидом и формира прскања, која се прскају дуж предњег зида нормално на конкавну површину растопљеног базена (као што је приказано на слици 3). Због сложене интеракције између ласерског зрака и прскања, избачена прскања могу озбиљно утицати на квалитет штампе наредних слојева праха. Поред тога, формирање кључаоница у базену растопљеног материјала такође озбиљно утиче на квалитет штампаних делова. Унутрашње поре штампаног дела су углавном узроковане нестабилним рупама за закључавање.
Механизам формирања дефеката у технологији обликовања греде
Технологија обликовања снопа може постићи побољшање перформанси у више димензија истовремено, што се разликује од Гаусових снопова који побољшавају перформансе у једној димензији по цену жртвовања других димензија. Технологија обликовања снопа може прецизно подесити расподелу температуре и карактеристике протока растопљеног базена. Контролом расподеле ласерске енергије добија се релативно стабилан растопљени базен са малим температурним градијентом. Одговарајућа расподела ласерске енергије је корисна за сузбијање порозности и дефеката распршивања, као и за побољшање квалитета ласерског штампања на металним деловима. Може постићи различита побољшања у ефикасности производње и искоришћењу праха. Истовремено, технологија обликовања снопа нам пружа више стратегија обраде, значајно ослобађајући слободу дизајна процеса, што је револуционарни напредак у технологији ласерске адитивне производње.
Време објаве: 28. фебруар 2024.
