Tehnologija selektivne laserske topljenja (SLM) pojavila se kao revolucionarna tehnika proizvodnje aditiva, što omogućava proizvodnju složenih, visokokvalitetnih metalnih dijelova s izvrsnim mehaničkim svojstvima. U središtu ove tehnologije leži laser, koji igra višestruku i ključnu ulogu. Kao dobavljač SLM tehnologije, iz prve sam ruke bio svjedok važnosti lasera u ovom polju rezanja.
1. Osnove SLM tehnologije
Prije nego što uđete u ulogu lasera, ključno je razumjeti temeljna načela SLM tehnologije. SLM je aditivni postupak proizvodnje koji gradi sloj tri dimenzionalnog objekta prema sloju. Započinje s tankim slojem metalnog praha ravnomjerno raspoređenog na platformi za izgradnju. Laser zatim selektivno topi prah u određenim područjima prema digitalnom modelu, učvršćujući ga u željeni oblik. Nakon dovršetka sloja, platforma za izgradnju spušta se, primjenjuje se novi sloj praha, a postupak se ponavlja dok se ne formira cijeli objekt.
2. Laser kao izvor energije
Najosnovnija uloga lasera u SLM tehnologiji je kao izvor energije. Laserski snop osigurava energiju visokog intenziteta potrebnu za rastojanje metalnog praha. Različiti metali imaju različita točaka topljenja, a laser mora biti u stanju pružiti dovoljno energije da dosegne i premaši ove tališta. Na primjer, legure od titana, koje se široko koriste u zrakoplovnim i medicinskim primjenama, imaju relativno visoke točke topljenja (oko 1668 ° C). Potreban je laser visoke snage kako bi se osiguralo potpuno taljenje titanijskog praha, što rezultira gustim i oštećenim dijelom.
Gustoća energije laserskog snopa kritični je parametar. Definirana je kao snaga lasera podijeljena s područjem laserskog mjesta na krevetu u prahu. Za postizanje dobrog topljenja i veza između čestica praha potrebna je pravilna gustoća energije. Ako je gustoća energije preniska, prah se možda neće potpuno rastopiti, što dovodi do poroznosti i slaba mehaničkih svojstava u konačnom dijelu. S druge strane, ako je gustoća energije previsoka, ona može uzrokovati rastopljenje, kuglica (stvaranje sfernih kuglica rastopljenog metala umjesto kontinuiranog sloja) i izobličenje dijela.
3. Precizno skeniranje i stvaranje uzoraka
Laseri u SLM sustavima opremljeni su skenirajućim ogledalima koja mogu precizno kontrolirati kretanje laserskog snopa preko kreveta u prahu. To omogućava stvaranje složenih geometrija i sitnih detalja u tiskanim dijelovima. Digitalni model objekta narezan je u tanke slojeve, a sustav skeniranja vodi laser kako bi pronašao oblik svakog sloja na krevetu u prahu.
Brzina i put skeniranja također imaju značajan utjecaj na kvalitetu tiskanog dijela. Sporija brzina skeniranja općenito omogućava deponiranje više energije po jedinici površine, što može poboljšati topljenje i vezanje praha. Međutim, također povećava vrijeme izrade. Put skeniranja treba pažljivo isplanirati kako bi se osiguralo jednoliko grijanje i hlađenje praha, smanjujući rizik od toplinskih naprezanja i iskrivljenja. Na primjer, može se koristiti meandrirajući ili rasterski uzorak skeniranja, ali smjer i preklapanje linija skeniranja potrebno je optimizirati.
4. Interakcija materijala i kontrola mikrostrukture
Interakcija između lasera i metalnog praha tijekom postupka taljenja utječe na mikrostrukturu tiskanog dijela. Kad se laser topi prah, brzo se učvršćivanje događa zbog visokih brzina hlađenja. Ovo brzo očvršćivanje može rezultirati fino zrnatim mikrostrukturama, što često dovodi do poboljšanih mehaničkih svojstava poput veće čvrstoće i tvrdoće.
Laserski parametri mogu se prilagoditi za kontrolu postupka očvršćivanja. Na primjer, promjenom snage lasera, brzine skeniranja i trajanja pulsa, brzina hlađenja može se izmijeniti. Sporija stopa hlađenja može promicati rast većih žitarica, što može biti korisno u nekim primjenama gdje je duktilnost važnija. Suprotno tome, brža brzina hlađenja može proizvesti finiju zrnatu mikrostrukturu, pojačavajući čvrstoću i otpornost na habanje.
5. Usporedba s ostalim tehnologijama proizvodnje aditiva
U usporedbi s drugim tehnologijama proizvodnje aditiva kao što jeDLP tehnologija,,SLS tehnologija, iFDM tehnologija, Uloga lasera u SLM -u je različita.
- DLP tehnologija: DLP (digitalna obrada svjetla) tehnologija koristi projektor digitalnog svjetla za liječenje sloja tekućeg fotopolimera prema sloju. Umjesto lasera, oslanja se na laganu projekciju za postupak stvrdnjavanja. Ova se tehnologija uglavnom koristi za proizvodnju plastičnih dijelova s visokom površinskom završetkom i relativno visokom razlučivošću. Suprotno tome, SLM koristi lasere za otopljenje metalnih prahova, omogućujući proizvodnju jakih i izdržljivih metalnih dijelova.
- SLS tehnologija: SLS (selektivno lasersko sintering) također koristi laser, ali sintetira čestice praha zajedno, a ne da ih potpuno rastopi. SLS se obično koristi za polimerne i keramičke materijale. Laser u SLS -u pruža dovoljno energije za povezivanje čestica praha u njihovim kontaktnim točkama, dok se u SLM -u prah potpuno rastopi. Ova razlika rezultira time da dijelovi SLM -a imaju veću gustoću i bolja mehanička svojstva u usporedbi sa SLS dijelovima.
- FDM tehnologija: FDM (spojeno modeliranje taloženja) djeluje ekstrudirajući termoplastični filament kroz zagrijanu mlaznicu i odlažući sloj slojem. Uopće ne koristi laser. FDM je više troškovna i dostupnija tehnologija za proizvodnju plastičnih prototipa i jednostavnih dijelova. SLM, sa svojim postupkom taljenja utemeljenog na laseru, može stvoriti složenije i visoko performanse metalnih dijelova.
6. Osiguranje i nadzor kvalitete
Laseri u SLM sustavima također se mogu koristiti u svrhu osiguranja kvalitete i nadzora. Neki napredni SLM strojevi opremljeni su sustavima praćenja procesa koji koriste sam laser ili dodatne senzore za otkrivanje oštećenja tijekom postupka ispisa. Na primjer, laser se može koristiti za mjerenje visine kreveta u prahu prije i nakon topljenja kako bi se otkrila neravnomjernost ili nedostatak pokrivanja praha.
Analizirajući odraz ili apsorpciju laserske svjetlosti tijekom postupka taljenja, moguće je otkriti oštećenja poput poroznosti, pukotina ili nepotpunog taljenja. Ovo pravo praćenje vremena omogućuje neposredne prilagodbe parametrima ispisa, osiguravajući proizvodnju dijelova visoke kvalitete.
7. Izazovi i budući razvoj događaja
Unatoč mnogim prednostima lasera u SLM tehnologiji, još uvijek postoje neki izazovi. Jedan od glavnih izazova su visoki troškovi visoko -energetskog lasera i pridruženo održavanje. Uz to, složenost kontrole laserskih parametara radi postizanja optimalnih rezultata zahtijeva kvalificirane operatore i napredne upravljačke sustave.
U budućnosti možemo očekivati da ćemo vidjeti daljnja poboljšanja laserske tehnologije za SLM. Razvijat će se nove vrste lasera s većom učinkovitošću, boljom kvalitetom snopa i preciznijem kontrolom. Ti će napredak dovesti do bržih brzina ispisa, poboljšane kvalitete dijela i mogućnosti obrade šireg raspona materijala.
Kao dobavljač SLM tehnologije, neprestano radimo na poboljšanju performansi naših sustava optimiziranjem procesa povezanih s laserom. Nudimo sveobuhvatnu obuku i podršku našim kupcima kako bismo im pomogli da maksimalno iskoriste SLM tehnologiju koja se temelji na laseru.
Ako ste zainteresirani za istraživanje potencijala SLM tehnologije za vaše proizvodne potrebe, pozivamo vas da nas kontaktirate na detaljnu raspravu. Naš tim stručnjaka spreman je pružiti vam prilagođena rješenja i pomoći vam u postizanju svojih ciljeva proizvodnje.
Reference
- Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2010). Tehnologije za proizvodnju aditiva: brzo prototipiranje za izravnu digitalnu proizvodnju. Springer Science & Business Media.
- Kruth, J. - P., Leu, MC, & Nakagawa, T. (2007). Napredak u proizvodnji aditiva i brzog prototipa. CIRP Annals - Proizvodna tehnologija, 56 (2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., & Bertrand, P. (2008). Analiza selektivnih parametara procesa taljenja lasera za leguru Ti6AL4V. Materijali i dizajn, 29 (4), 826 - 831.