Laserlisandite tootmise (AM) tehnoloogiat, mille eelisteks on kõrge tootmistäpsus, tugev paindlikkus ja kõrge automatiseerituse tase, kasutatakse laialdaselt võtmekomponentide tootmisel sellistes valdkondades nagu autotööstus, meditsiin, lennundus jne (nagu raketitööstus). kütusedüüsid, satelliitantenni kronsteinid, inimese implantaadid jne). See tehnoloogia võib oluliselt parandada trükitud osade kombineeritud jõudlust materjali struktuuri ja jõudluse integreeritud tootmise kaudu. Praegu kasutab laserlisandite tootmistehnoloogia üldiselt fokuseeritud Gaussi kiirt kõrge keskpunkti ja madala serva energiajaotusega. Siiski tekitab see sulatis sageli kõrgeid termilisi gradiente, mille tulemuseks on pooride ja jämedate terade moodustumine. Kiirte kujundamise tehnoloogia on selle probleemi lahendamiseks uus meetod, mis parandab printimise efektiivsust ja kvaliteeti laserkiire energia jaotuse reguleerimise kaudu.
Võrreldes traditsioonilise lahutamise ja samaväärse tootmisega on metallilisandite valmistamise tehnoloogial eelised, nagu lühike tootmistsükli aeg, kõrge töötlemise täpsus, kõrge materjali kasutusmäär ja osade hea üldine jõudlus. Seetõttu kasutatakse metallilisandite tootmistehnoloogiat laialdaselt sellistes tööstusharudes nagu lennundus, relvad ja seadmed, tuumaenergia, biofarmatseutilised tooted ja autod. Lähtudes diskreetse virnastamise põhimõttest, kasutatakse metallilisandite tootmisel pulbri või traadi sulatamiseks energiaallikat (nagu laser-, kaar- või elektronkiir) ning seejärel virnastatakse need kiht-kihilt sihtkomponendi valmistamiseks. Sellel tehnoloogial on märkimisväärsed eelised väikeste partiide, keerukate struktuuride või isikupärastatud osade tootmisel. Materjalid, mida ei saa või on raske traditsiooniliste võtetega töödelda, sobivad ka lisaainetega tootmismeetodite valmistamiseks. Ülaltoodud eeliste tõttu on lisaainete valmistamise tehnoloogia äratanud teadlaste laialdast tähelepanu nii kodu- kui ka rahvusvaheliselt. Viimastel aastakümnetel on lisandite valmistamise tehnoloogia teinud kiireid edusamme. Tänu laserlisandite valmistamise seadmete automatiseerimisele ja paindlikkusele ning suure laserenergia tiheduse ja kõrge töötlemistäpsuse igakülgsetele eelistele on laserlisandite valmistamise tehnoloogia kolmest ülalmainitud metallilisandite valmistamise tehnoloogiast kõige kiiremini arenenud.
Lasermetallilisandite valmistamise tehnoloogia võib veel jagada LPBF-iks ja DED-ks. Joonisel 1 on kujutatud tüüpiline LPBF- ja DED-protsesside skemaatiline diagramm. LPBF-protsess, tuntud ka kui selektiivne lasersulatus (SLM), võib valmistada keerulisi metallkomponente, skaneerides suure energiaga laserkiire mööda kindlat rada pulberkihi pinnal. Seejärel pulber sulab ja tahkub kiht-kihilt. DED-protsess hõlmab peamiselt kahte printimisprotsessi: lasersulatussadestamine ja lasertraadi etteandelisandi tootmine. Mõlemad tehnoloogiad võivad otse toota ja parandada metallosi metallipulbri või traadi sünkroonse söötmise teel. Võrreldes LPBF-iga on DED-l suurem tootlikkus ja suurem tootmispind. Lisaks saab selle meetodiga mugavalt valmistada ka komposiitmaterjale ja funktsionaalselt sorteeritud materjale. Kuid DED-i trükitud osade pinnakvaliteet on alati halb ja sihtkomponendi mõõtmete täpsuse parandamiseks on vaja hilisemat töötlemist.
Praeguses laserlisandite tootmisprotsessis on energiaallikaks tavaliselt fokuseeritud Gaussi kiir. Kuid selle ainulaadse energiajaotuse (kõrge keskpunkt, madal serv) tõttu põhjustab see tõenäoliselt suuri termilisi gradiente ja sulamisbasseini ebastabiilsust. Tulemuseks on prinditud osade halb vormimiskvaliteet. Lisaks, kui sulabasseini kesktemperatuur on liiga kõrge, põhjustab see madala sulamistemperatuuriga metallielementide aurustumist, mis suurendab veelgi LBPF-protsessi ebastabiilsust. Seetõttu vähenevad poorsuse suurenemisega trükitud osade mehaanilised omadused ja väsimuseiga oluliselt. Gaussi kiirte ebaühtlane energiajaotus toob kaasa ka madala laserenergia kasutamise efektiivsuse ja liigse energia raiskamise. Parema trükikvaliteedi saavutamiseks on teadlased hakanud uurima Gaussi kiirte defektide kompenseerimist, muutes protsessi parameetreid, nagu laseri võimsus, skaneerimiskiirus, pulbrikihi paksus ja skaneerimisstrateegia, et kontrollida energiasisendi võimalust. Selle meetodi väga kitsa töötlemisakna tõttu piiravad fikseeritud füüsilised piirangud edasise optimeerimise võimalust. Näiteks võib laseri võimsuse ja skannimiskiiruse suurendamine saavutada kõrge tootmistõhususe, kuid sageli tuleb selle hinnaga ohverdada printimiskvaliteeti. Viimastel aastatel on laseri energiajaotuse muutmine kiirte kujundamise strateegiate kaudu võimalik oluliselt parandada tootmise efektiivsust ja trükikvaliteeti, millest võib saada laserlisandite tootmistehnoloogia edasine arengusuund. Kiirte kujundamise tehnoloogia viitab üldiselt sisendkiire lainefrondi jaotuse reguleerimisele, et saavutada soovitud intensiivsuse jaotus ja levimisomadused. Tala vormimise tehnoloogia rakendamine metallilisandite valmistamise tehnoloogias on näidatud joonisel 2.
Kiirte kujundamise tehnoloogia rakendamine laserlisandite valmistamisel
Traditsioonilise Gaussi kiirtrüki puudused
Metalllaserlisandite valmistamise tehnoloogias mõjutab laserkiire energiajaotus oluliselt trükitud osade kvaliteeti. Kuigi Gaussi talasid on laialdaselt kasutatud metalli laserlisandite tootmisseadmetes, on neil tõsiseid puudusi, nagu ebastabiilne trükikvaliteet, madal energiakasutus ja kitsad protsessiaknad lisandite tootmisprotsessis. Nende hulgas on pulbri sulamisprotsess ja sulabasseini dünaamika metalli laserlisandi protsessi käigus tihedalt seotud pulbrikihi paksusega. Pulbri pritsmete ja erosioonitsoonide olemasolu tõttu on pulbrikihi tegelik paksus suurem kui teoreetiline ootus. Teiseks põhjustas aurukolonn peamised tahapoole suunatud joa pritsmed. Metalli aur põrkab kokku tagaseinaga, moodustades pritsmeid, mis pihustatakse piki esiseina risti sulabasseini nõgusa alaga (nagu on näidatud joonisel 3). Laserkiire ja pritsmete vahelise keerulise koostoime tõttu võivad väljapaiskuvad pritsmed tõsiselt mõjutada järgmiste pulbrikihtide printimiskvaliteeti. Lisaks mõjutab võtmeaukude tekkimine sulamisbasseinis tõsiselt ka trükitud osade kvaliteeti. Prinditud tüki sisemised poorid on peamiselt põhjustatud ebastabiilsetest lukustusavadest.
Tala kujundamise tehnoloogia defektide tekkemehhanism
Talade kujundamise tehnoloogia võib saavutada jõudluse paranemise samaaegselt mitmes mõõtmes, mis erineb Gaussi taladest, mis parandavad jõudlust ühes mõõtmes teiste mõõtmete ohverdamise hinnaga. Tala kujundamise tehnoloogia suudab täpselt reguleerida sulamisbasseini temperatuuri jaotust ja vooluomadusi. Laserenergia jaotust reguleerides saadakse suhteliselt stabiilne väikese temperatuurigradiendiga sulabassein. Õige laserenergia jaotus on kasulik poorsuse ja pihustusdefektide vähendamiseks ning metallosadele laserprintimise kvaliteedi parandamiseks. See võib saavutada mitmesuguseid täiustusi tootmise efektiivsuses ja pulbri kasutamises. Samal ajal pakub kiirte kujundamise tehnoloogia meile rohkem töötlemisstrateegiaid, vabastades oluliselt protsesside kujundamise vabaduse, mis on revolutsiooniline edasiminek laserlisandite tootmistehnoloogias.
Postitusaeg: 28.02.2024
