Селективната технология за лазерно топене (SLM) се превърна в революционна техника на производство на добавки, която позволява производството на сложни, висококачествени метални части с отлични механични свойства. В основата на тази технология се крие лазерът, който играе многостранна и решаваща роля. Като доставчик на SLM технологията, аз съм свидетел от първа ръка значението на лазерите в това крайно поле.
1. Основите на SLM технологията
Преди да се задълбочи в ролята на лазерите, е от съществено значение да се разберат основните принципи на SLM технологията. SLM е адитивен производствен процес, който изгражда три -размери обекти слой по слой. Започва с тънък слой метален прах, разпространен равномерно върху платформа за изграждане. След това лазерът избирателно разтопява праха в специфични области според цифров модел, като го втвърдява в желаната форма. След като слой приключи, платформата за изграждане се спуска, се прилага нов слой прах и процесът се повтаря, докато се образува целия обект.
2. Лазер като източник на енергия
Най -фундаменталната роля на лазера в SLM технологията е като източник на енергия. Лазерният лъч осигурява енергията с висока интензивност, необходима за разтопяване на металния прах. Различните метали имат различни точки на топене, а лазерът трябва да е в състояние да достави достатъчно енергия, за да достигне и надвишава тези точки на топене. Например титановите сплави, които се използват широко в аерокосмическите и медицинските приложения, имат сравнително високи точки на топене (около 1668 ° C). Необходим е лазер с висока мощност, за да се осигури пълно топене на титановия прах, което води до плътна и дефект - свободна част.
Енергийната плътност на лазерния лъч е критичен параметър. Определя се като силата на лазера, разделен на площта на лазерното петно на прахообразното легло. Необходима е подходяща енергийна плътност за постигане на добро топене и свързване между праховите частици. Ако енергийната плътност е твърде ниска, прахът може да не се стопи напълно, което води до порьозност и слаби механични свойства в крайната част. От друга страна, ако енергийната плътност е твърде висока, тя може да причини преобладаване - топене, балиране (образуване на сферични топки от разтопен метал вместо непрекъснат слой) и изкривяване на частта.
3. Прецизно сканиране и генериране на модели
Лазерите в SLM системите са оборудвани с огледала за сканиране, които могат точно да контролират движението на лазерния лъч през прахообразното легло. Това позволява създаването на сложни геометрии и фини детайли в отпечатаните части. Цифровият модел на обекта се нарязва на тънки слоеве, а системата за сканиране ръководи лазера, за да проследи формата на всеки слой върху прахообразното легло.
Скоростта и пътя на сканирането също оказват значително влияние върху качеството на отпечатаната част. По -ниската скорост на сканиране обикновено позволява да се отлага повече енергия на единица площ, което може да подобри топенето и свързването на праха. Това обаче увеличава и времето за изграждане. Сканиращата пътека трябва да бъде внимателно планирана, за да се осигури равномерно отопление и охлаждане на праха, намалявайки риска от термични напрежения и изкривяване. Например, може да се използва модел на сканиране на меандър или растер, но посоката и припокриването на сканиращите линии трябва да бъдат оптимизирани.
4. Общо взаимодействие и контрол на микроструктурата
Взаимодействието между лазера и металния прах по време на процеса на топене влияе върху микроструктурата на отпечатаната част. Когато лазерът разтопи праха, се появява бързо втвърдяване поради високите скорости на охлаждане. Това бързо втвърдяване може да доведе до фино зърнести микроструктури, които често водят до подобрени механични свойства като по -висока якост и твърдост.
Лазерните параметри могат да бъдат коригирани, за да се контролира процесът на втвърдяване. Например, чрез промяна на лазерната мощност, скоростта на сканиране и продължителността на импулса, скоростта на охлаждане може да бъде променена. По -бавната скорост на охлаждане може да насърчи растежа на по -големите зърна, което може да бъде полезно при някои приложения, където пластичността е по -важна. За разлика от тях, по -бързата скорост на охлаждане може да доведе до по -фино зърнеста микроструктура, повишаване на силата и устойчивост на износване.
5. Сравнение с други технологии за производство на добавки
В сравнение с други технологии за производство на добавки катоDLP технология,SLS технологияиFDM технология, Ролята на лазерите в SLM е различна.
- DLP технология: DLP (Digital Light Processing) Технологията използва проектор за цифрови светлини, за да излекува течен фотополимери слой по слой. Вместо лазер, той разчита на светлинна проекция за процеса на втвърдяване. Тази технология се използва главно за производство на пластмасови части с високо повърхностно покритие и сравнително висока разделителна способност. За разлика от тях, SLM използва лазери за разтопяване на метални прахове, което позволява производството на силни и трайни метални части.
- SLS технология: SLS (селективно лазерно синтероване) също използва лазер, но си задушава праховите частици заедно, а не напълно да ги разтопи. SLS обикновено се използва за полимерни и керамични материали. Лазерът в SLS осигурява достатъчно енергия за свързване на праховите частици в техните контактни точки, докато в SLM прахът е напълно разтопен. Тази разлика води до SLM части с по -висока плътност и по -добри механични свойства в сравнение с SLS части.
- FDM технология: FDM (моделиране на отлагане) работи чрез екструдиране на термопластична нишка през отопляема дюза и отлагането му на слой по слой. Той изобщо не използва лазер. FDM е по -ефективна и достъпна технология за производство на пластмасови прототипи и прости части. SLM със своя лазерен процес на топене е способен да създава по -сложни и високоефективни метални части.
6. Осигуряване на качеството и мониторинг
Лазерите в SLM системите също могат да се използват за осигуряване на качество и мониторинг. Някои усъвършенствани SLM машини са оборудвани с системи за наблюдение на процесите, които използват самия лазер или допълнителни сензори за откриване на дефекти по време на процеса на печат. Например, лазерът може да се използва за измерване на височината на праховото легло преди и след топене, за да се открие всякаква неравномерност или липса на прахово покритие.
Чрез анализиране на отражението или абсорбцията на лазерната светлина по време на процеса на топене е възможно да се открият дефекти като порьозност, пукнатини или непълно топене. Този реален мониторинг на времето позволява да се направят незабавни корекции на параметрите на печат, като се гарантира производството на висококачествени части.
7. Предизвикателства и бъдещо развитие
Въпреки многото предимства на лазерите в SLM технологията, все още има някои предизвикателства. Едно от основните предизвикателства е високата цена на високите силови лазери и свързаната с тях поддръжка. Освен това, сложността на контролирането на лазерните параметри за постигане на оптимални резултати изисква квалифицирани оператори и разширени системи за управление.
В бъдеще можем да очакваме да видим допълнителни подобрения в лазерната технология за SLM. Ще бъдат разработени нови видове лазери с по -висока ефективност, по -добро качество на лъча и по -прецизен контрол. Тези напредъци ще доведат до по -бързи скорости на печат, подобрено качество на части и възможността за обработка на по -широк спектър от материали.
Като доставчик на SLM технологията, ние постоянно работим за подобряване на работата на нашите системи, като оптимизираме лазерните процеси. Ние предлагаме цялостно обучение и подкрепа на нашите клиенти, за да им помогнем да се възползват максимално от лазерната технология на SLM.
Ако се интересувате от изследване на потенциала на SLM технологията за вашите производствени нужди, ви каним да се свържете с нас за подробна дискусия. Нашият екип от експерти е готов да ви предостави персонализирани решения и да ви помогне да постигнете вашите производствени цели.
ЛИТЕРАТУРА
- Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2010). Адитивни технологии за производство: Бързо прототипиране на директно цифрово производство. Springer Science & Business Media.
- Kruth, J. - P., Leu, MC, & Nakagawa, T. (2007). Напредък в производството на добавки и бързо прототипиране. CIRP Annals - Производствена технология, 56 (2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., & Bertrand, P. (2008). Анализ на селективни параметри на процеса на лазерно топене за сплав TI6AL4V. Материали и дизайн, 29 (4), 826 - 831.