Технологијата за ласерско адитивно производство (AM), со своите предности на висока точност на производство, силна флексибилност и висок степен на автоматизација, е широко користена во производството на клучни компоненти во области како што се автомобилската, медицинската, воздухопловната индустрија итн. (како што се млазници за ракетно гориво, држачи за сателитски антени, човечки импланти итн.). Оваа технологија може значително да ги подобри комбинираните перформанси на печатените делови преку интегрирано производство на материјалната структура и перформанси. Во моментов, технологијата за ласерско адитивно производство генерално користи фокусиран гаусов зрак со висока централно-и ниска распределба на енергија. Сепак, таа често генерира високи термички градиенти во стопената маса, што доведува до последователно формирање на пори и груби зрна. Технологијата за обликување на зракот е нов метод за решавање на овој проблем, кој ја подобрува ефикасноста и квалитетот на печатењето со прилагодување на распределбата на енергијата на ласерскиот зрак.
Во споредба со традиционалното одземање и еквивалентно производство, технологијата за производство со адитивни метали има предности како што се кратко време на производствен циклус, висока точност на обработка, висока стапка на искористување на материјалот и добри вкупни перформанси на деловите. Затоа, технологијата за производство со адитивни метали е широко користена во индустрии како што се воздухопловството, оружјето и опремата, нуклеарната енергија, биофармацевтските производи и автомобилите. Врз основа на принципот на дискретно редење, производството со адитивни метали користи извор на енергија (како ласер, лак или електронски зрак) за да го стопи правот или жицата, а потоа ги реди слој по слој за да ја произведе целната компонента. Оваа технологија има значајни предности во производството на мали серии, сложени структури или персонализирани делови. Материјалите што не можат или се тешки за обработка со употреба на традиционални техники се исто така погодни за подготовка со употреба на методи на адитивно производство. Поради горенаведените предности, технологијата за адитивно производство привлече широко внимание од научниците и во земјата и на меѓународно ниво. Во последните неколку децении, технологијата за адитивно производство постигна брз напредок. Поради автоматизацијата и флексибилноста на опремата за производство со ласерски адитивни метали, како и сеопфатните предности на високата густина на ласерска енергија и високата точност на обработка, технологијата за производство со ласерски адитивни метали се разви најбрзо меѓу трите технологии за производство со адитивни метали споменати погоре.
Технологијата за производство на ласерски метални адитиви може понатаму да се подели на LPBF и DED. Слика 1 прикажува типичен шематски дијаграм на процесите LPBF и DED. Процесот LPBF, познат и како Селективно ласерско топење (SLM), може да произведува сложени метални компоненти со скенирање на високоенергетски ласерски зраци по фиксна патека на површината на прашкаста подлога. Потоа, правот се топи и се стврднува слој по слој. Процесот DED главно вклучува два процеса на печатење: ласерско топење и производство на адитиви со ласерско хранење со жица. И двете технологии можат директно да произведуваат и поправаат метални делови со синхроно хранење на метален прав или жица. Во споредба со LPBF, DED има поголема продуктивност и поголема производствена површина. Покрај тоа, овој метод може лесно да подготви и композитни материјали и функционално градирани материјали. Сепак, квалитетот на површината на деловите печатени со DED е секогаш лош, а последователната обработка е потребна за да се подобри димензионалната точност на целната компонента.
Во тековниот процес на производство со ласерски адитиви, фокусираниот Гаусов зрак е обично извор на енергија. Сепак, поради неговата единствена дистрибуција на енергија (висок центар, низок раб), веројатно е дека ќе предизвика високи термички градиенти и нестабилност на базенот на топење. Резултирајќи со лош квалитет на формирање на печатените делови. Покрај тоа, ако температурата во центарот на базенот на стопената течност е превисока, тоа ќе предизвика испарување на металните елементи со ниска точка на топење, дополнително влошувајќи ја нестабилноста на процесот LBPF. Затоа, со зголемување на порозноста, механичките својства и животниот век на замор на печатените делови се значително намалени. Нееднаквата распределба на енергијата на Гаусовите зраци, исто така, доведува до ниска ефикасност на искористување на енергијата на ласерот и прекумерен отпад на енергија. За да се постигне подобар квалитет на печатење, научниците почнаа да истражуваат компензација на дефектите на Гаусовите зраци со модифицирање на параметрите на процесот, како што се моќноста на ласерот, брзината на скенирање, дебелината на слојот во прав и стратегијата за скенирање, со цел да се контролира можноста за внесување енергија. Поради многу тесниот прозорец за обработка на овој метод, фиксните физички ограничувања ја ограничуваат можноста за понатамошна оптимизација. На пример, зголемувањето на моќноста на ласерот и брзината на скенирање може да постигне висока ефикасност на производството, но честопати доаѓа по цена на жртвување на квалитетот на печатењето. Во последниве години, промената на распределбата на енергијата на ласерот преку стратегии за обликување на зракот може значително да ја подобри ефикасноста на производството и квалитетот на печатењето, што може да стане идната насока на развој на технологијата за адитивно производство со ласер. Технологијата за обликување на зракот генерално се однесува на прилагодување на распределбата на брановиот фронт на влезниот зрак за да се добие посакуваната распределба на интензитетот и карактеристиките на ширење. Примената на технологијата за обликување на зракот во технологијата за адитивно производство на метал е прикажана на Слика 2.
Примена на технологијата за обликување на зраци во производството на ласерски адитиви
Недостатоците на традиционалното печатење на гаусови зраци
Во технологијата за производство на адитивни материјали со ласерски метал, распределбата на енергијата на ласерскиот зрак има значително влијание врз квалитетот на печатените делови. Иако Гаусовите зраци се широко користени во опремата за производство на адитивни материјали со ласерски метал, тие страдаат од сериозни недостатоци како што се нестабилен квалитет на печатење, ниска потрошувачка на енергија и тесни прозорци на процесот во процесот на адитивно производство. Меѓу нив, процесот на топење на правот и динамиката на стопениот базен за време на процесот на адитивно производство со ласерски метал се тесно поврзани со дебелината на слојот од прав. Поради присуството на прскање на прав и зони на ерозија, вистинската дебелина на слојот од прав е поголема од теоретското очекување. Второ, колоната на пареа предизвикала главни прскања наназад. Металната пареа се судира со задниот ѕид за да формира прскања, кои се прскаат по предниот ѕид нормално на конкавната површина на стопениот базен (како што е прикажано на Слика 3). Поради сложената интеракција помеѓу ласерскиот зрак и прскањата, исфрлените прскања можат сериозно да влијаат на квалитетот на печатењето на последователните слоеви од прав. Покрај тоа, формирањето на клучни дупки во базенот на топење, исто така, сериозно влијае на квалитетот на печатените делови. Внатрешните пори на печатеното парче се главно предизвикани од нестабилни дупки за заклучување.
Механизмот на формирање на дефекти во технологијата на обликување на зракот
Технологијата за обликување на зраци може да постигне подобрување на перформансите во повеќе димензии истовремено, што е различно од Гаусовите зраци кои ги подобруваат перформансите во една димензија по цена на жртвување на други димензии. Технологијата за обликување на зраци може прецизно да ја прилагоди распределбата на температурата и карактеристиките на протокот на базенот со топење. Со контролирање на распределбата на ласерската енергија, се добива релативно стабилен растопен базен со мал температурен градиент. Соодветната распределба на ласерската енергија е корисна за потиснување на порозноста и дефектите на распрскување и подобрување на квалитетот на ласерското печатење на метални делови. Може да постигне разни подобрувања во ефикасноста на производството и искористувањето на прав. Во исто време, технологијата за обликување на зраци ни обезбедува повеќе стратегии за обработка, во голема мера ослободувајќи ја слободата на дизајнирање на процесот, што е револуционерен напредок во технологијата за ласерско адитивно производство.
Време на објавување: 28 февруари 2024 година
