A lézeres additív gyártási (AM) technológiát, amelynek előnyei a nagy gyártási pontosság, nagy rugalmasság és nagyfokú automatizálás, széles körben használják kulcsfontosságú alkatrészek gyártásában olyan területeken, mint az autóipar, az orvostudomány, a repülőgépipar stb. (például rakétagyártás). tüzelőanyag-fúvókák, műholdantenna-tartók, emberi implantátumok stb.).Ez a technológia nagymértékben javíthatja a nyomtatott alkatrészek kombinációs teljesítményét az anyagszerkezet és a teljesítmény integrált gyártása révén.Jelenleg a lézeradalékos gyártástechnológia általában fókuszált Gauss-sugarat alkalmaz, magas középponttal és alacsony szélű energiaeloszlással.Azonban gyakran nagy termikus gradienseket hoz létre az olvadékban, ami ezt követően pórusok és durva szemcsék kialakulásához vezet.A sugáralakító technológia egy új módszer ennek a problémának a megoldására, amely a lézersugár energiaeloszlásának beállításával javítja a nyomtatás hatékonyságát és minőségét.
A hagyományos kivonáshoz és az egyenértékű gyártással összehasonlítva a fémadalékos gyártástechnológiának olyan előnyei vannak, mint a rövid gyártási ciklusidő, a nagy feldolgozási pontosság, a magas anyagfelhasználási arány és az alkatrészek jó általános teljesítménye.Ezért a fémadalékos gyártási technológiát széles körben használják olyan iparágakban, mint a repülőgépgyártás, a fegyverek és berendezések, az atomenergia, a biogyógyszergyártás és az autóipar.A diszkrét egymásra rakás elve alapján a fémadalékos gyártás energiaforrást (például lézert, ívet vagy elektronsugarat) használ a por vagy huzal megolvasztására, majd rétegenként egymásra rakva a célkomponens gyártásához.Ennek a technológiának jelentős előnyei vannak kis tételek, összetett szerkezetek vagy személyre szabott alkatrészek gyártásában.A hagyományos technikákkal nem vagy nehezen feldolgozható anyagok is alkalmasak az additív gyártási módszerekkel történő előállításra.A fenti előnyöknek köszönhetően az additív gyártástechnológia mind hazai, mind nemzetközileg felkeltette a tudósok széles körű figyelmét.Az elmúlt néhány évtizedben az additív gyártástechnológia gyors fejlődésen ment keresztül.A lézeradalékanyag-gyártó berendezések automatizálásának és rugalmasságának, valamint a nagy lézerenergia-sűrűség és a nagy feldolgozási pontosság átfogó előnyeinek köszönhetően a lézeradalékos gyártástechnológia fejlődött a leggyorsabban a fent említett három fémadalék gyártási technológia közül.
A lézeres fémadalékos gyártástechnológia tovább osztható LPBF-re és DED-re.Az 1. ábra az LPBF és DED folyamatok tipikus sematikus diagramját mutatja.Az LPBF-eljárás, más néven Selective Laser Melting (SLM), összetett fémalkatrészek előállítására képes nagy energiájú lézersugarak pásztázásával a porágy felületén rögzített pályán.Ezután a por megolvad és rétegről rétegre megszilárdul.A DED-eljárás főként két nyomtatási eljárást foglal magában: lézeres olvasztásos leválasztást és lézeres huzalelőtoló adalékgyártást.Mindkét technológia közvetlenül gyárthat és javíthat fém alkatrészeket fémpor vagy huzal szinkron adagolásával.Az LPBF-hez képest a DED nagyobb termelékenységgel és nagyobb gyártási területtel rendelkezik.Ezenkívül ezzel a módszerrel kényelmesen lehet kompozit anyagokat és funkcionálisan osztályozott anyagokat is előállítani.A DED által nyomtatott alkatrészek felületi minősége azonban mindig rossz, és utólagos feldolgozásra van szükség a célkomponens méretpontosságának javításához.
A jelenlegi lézeradalékos gyártási folyamatban általában a fókuszált Gauss-sugár az energiaforrás.Egyedülálló energiaeloszlása miatt (magas középpont, alacsony él) azonban valószínűleg nagy termikus gradienseket és instabilitást okoz az olvadékmedencében.A nyomtatott alkatrészek gyenge alakítási minőségét eredményezi.Ezenkívül, ha az olvadt medence középső hőmérséklete túl magas, az alacsony olvadáspontú fémelemek elpárologtatását okozza, ami tovább súlyosbítja az LBPF folyamat instabilitását.Ezért a porozitás növekedésével a nyomtatott alkatrészek mechanikai tulajdonságai és kifáradási élettartama jelentősen csökken.A Gauss-sugarak egyenetlen energiaeloszlása szintén alacsony lézerenergia-felhasználási hatékonyságot és túlzott energiapazarlást eredményez.A jobb nyomtatási minőség elérése érdekében a tudósok elkezdték kutatni a Gauss-nyalábok hibáinak kompenzálását az olyan folyamatparaméterek módosításával, mint a lézerteljesítmény, a szkennelési sebesség, a porréteg vastagsága és a szkennelési stratégia, az energiabevitel lehetőségének szabályozása érdekében.A módszer igen szűk feldolgozási ablaka miatt a rögzített fizikai korlátok korlátozzák a további optimalizálás lehetőségét.Például a lézerteljesítmény és a szkennelési sebesség növelésével magas gyártási hatékonyság érhető el, de ennek gyakran a nyomtatási minőség feláldozása az ára.Az elmúlt években a lézer energiaelosztásának sugárformáló stratégiákkal történő megváltoztatása jelentősen javíthatja a gyártás hatékonyságát és a nyomtatási minőséget, ami a lézeradalékos gyártástechnológia jövőbeli fejlesztési irányává válhat.A sugáralakítási technológia általában a bemeneti sugár hullámfront-eloszlásának beállítását jelenti a kívánt intenzitáseloszlás és terjedési jellemzők elérése érdekében.A sugáralakítási technológia alkalmazását a fémadalékos gyártástechnológiában a 2. ábra mutatja be.
Nyalábformáló technológia alkalmazása a lézeres adalékgyártásban
A hagyományos Gauss-sugaras nyomtatás hiányosságai
A fémlézeres adalékos gyártástechnológiában a lézersugár energiaeloszlása jelentős hatással van a nyomtatott alkatrészek minőségére.Bár a Gauss-sugarak széles körben használatosak fémlézeres adalékanyag-gyártó berendezésekben, komoly hátrányaik vannak, mint például az instabil nyomtatási minőség, az alacsony energiafelhasználás és az additív gyártási folyamat szűk folyamatablakai.Közülük a por olvadási folyamata és a fémlézeres additív eljárás során az olvadt medence dinamikája szorosan összefügg a porréteg vastagságával.A porfröccsenő és eróziós zónák jelenléte miatt a porréteg tényleges vastagsága nagyobb, mint az elméleti elvárás.Másodszor, a gőzoszlop okozta a fő visszafelé irányuló sugárfröccsenést.A fémgőz a hátsó falnak ütközik, és fröccsenések keletkeznek, amelyek az elülső fal mentén az olvadékmedence homorú területére merőlegesen permeteznek (a 3. ábrán látható módon).A lézersugár és a fröccsenések közötti összetett kölcsönhatás miatt a kifröccsenő fröccsenések súlyosan befolyásolhatják a következő porrétegek nyomtatási minőségét.Ezenkívül a kulcslyukak kialakulása az olvadékmedencében szintén súlyosan befolyásolja a nyomtatott alkatrészek minőségét.A nyomtatott darab belső pórusait elsősorban az instabil reteszelő lyukak okozzák.
A gerendaalakítási technológia hibáinak kialakulásának mechanizmusa
A sugáralakító technológia egyszerre több dimenzióban is képes javítani a teljesítményt, ami eltér a Gauss-sugaraktól, amelyek az egyik dimenzióban javítják a teljesítményt más dimenziók feláldozása árán.A sugárformázó technológia pontosan be tudja állítani az olvadékmedence hőmérséklet-eloszlását és áramlási jellemzőit.A lézerenergia eloszlásának szabályozásával viszonylag stabil, kis hőmérsékleti gradiensű olvadékmedencét kapunk.A megfelelő lézerenergia-elosztás jótékony hatással van a porozitás és a porlasztási hibák elnyomására, valamint a fém alkatrészekre történő lézernyomtatás minőségének javítására.Különféle javulás érhető el a termelés hatékonyságában és a porfelhasználásban.Ugyanakkor a sugáralakító technológia több feldolgozási stratégiát biztosít számunkra, nagymértékben felszabadítva a folyamattervezés szabadságát, ami forradalmi előrelépés a lézeradalékos gyártástechnológiában.
Feladás időpontja: 2024.02.28
