Технология селективного лазерного плавления (SLM) стала методом революционного аддитивного производства, что позволило производству сложных, качественных металлических деталей с превосходными механическими свойствами. В основе этой технологии лежит лазер, который играет многогранную и важную роль. Как поставщик технологии SLM, я воочию был свидетелем значения лазеров в этом поле режущего края.
1. Основы технологии SLM
Прежде чем углубляться в роль лазеров, важно понять фундаментальные принципы технологии SLM. SLM - это процесс аддитивного производства, который строит три - размерные объекты слой за слоем. Он начинается с тонкого слоя металлического порошка, равномерно распределенного по платформе сборки. Затем лазер выборочно плавит порошок в определенных областях в соответствии с цифровой моделью, укрепляя его в нужную форму. Как только слой завершен, платформа сборки снижается, применяется новый слой порошка, и процесс повторяется до тех пор, пока не будет образован весь объект.
2. Лазер как источник энергии
Самая фундаментальная роль лазера в технологии SLM является источником энергии. Лазерный луч обеспечивает энергию высокой интенсивности, необходимую для таяния металлического порошка. Различные металлы имеют разные точки плавления, и лазер должен быть способен обеспечить достаточную энергию, чтобы достичь и превышать эти точки плавления. Например, титановые сплавы, которые широко используются в аэрокосмической и медицинской приложениях, имеют относительно высокие точки плавления (около 1668 ° C). Для обеспечения полного таяния титанового порошка необходим высокий пищающий лазер, что приводит к плотной и дефектной.
Плотность энергии лазерного луча является критическим параметром. Он определяется как сила лазера, деленная на область лазерного пятна на порошковом слое. Правильная плотность энергии необходима для достижения хорошего плавления и соединения между частицами порошка. Если плотность энергии слишком низкая, порошок может не таять полностью, что приводит к пористости и слабым механическим свойствам в последней части. С другой стороны, если плотность энергии слишком высока, она может вызвать растопление, баланс (образование сферических шариков расплавленного металла вместо непрерывного слоя) и искажения детали.
3. Точное сканирование и генерация шаблона
Лазеры в системах SLM оснащены сканирующими зеркалами, которые могут точно контролировать движение лазерного луча через порошковое слое. Это позволяет создавать сложную геометрию и мелкие детали в печатных частях. Цифровая модель объекта нарезана на тонкие слои, а система сканирования направляет лазер, чтобы отследить форму каждого слоя на порошковом слое.
Скорость и путь сканирования также оказывают значительное влияние на качество печатной части. Более медленная скорость сканирования, как правило, позволяет осадить больше энергии на единицу площади, что может улучшить плавление и соединение порошка. Однако это также увеличивает время сборки. Путь сканирования должен быть тщательно спланирован для обеспечения равномерного нагрева и охлаждения порошка, снижая риск тепловых напряжений и деформации. Например, может быть использована меандовая или растровая схема сканирования, но направление и перекрытие линий сканирования должны быть оптимизированы.
4. Взаимодействие материала и управление микроструктурой
Взаимодействие между лазером и металлическим порошком во время процесса плавления влияет на микроструктуру печатной части. Когда лазер растает порошок, быстрое затвердевание происходит из -за высоких скоростей охлаждения. Это быстрое затвердевание может привести к тонким микроструктурам, которые часто приводят к улучшению механических свойств, таким как более высокая прочность и твердость.
Лазерные параметры могут быть скорректированы для управления процессом затвердевания. Например, изменяя лазерную мощность, скорость сканирования и продолжительность импульса, скорость охлаждения может быть изменена. Более медленная скорость охлаждения может способствовать росту более крупных зерен, что может быть полезным в некоторых приложениях, где пластичность более важна. Напротив, более высокая скорость охлаждения может привести к более тонкой микроструктуре, повышая прочность и износ.
5. Сравнение с другими технологиями производства аддитивного производства
По сравнению с другими технологиями производства аддитивного производства, такими какТехнология DLPВSLS Technology, иFDM Технология, Роль лазеров в SLM отличается.
- Технология DLP: DLP (цифровая обработка света) использует цифровой световой проектор для лечения жидких фотополимеров слоя за слоем. Вместо лазера он опирается на легкую проекцию для процесса отверждения. Эта технология в основном используется для производства пластиковых деталей с высокой поверхностью и относительно высоким разрешением. Напротив, SLM использует лазеры для расплава металлических порошков, что позволяет производству прочных и прочных металлических деталей.
- SLS Technology: SLS (селективное лазерное спекание) также использует лазер, но он подтягивает частицы порошка вместе, а не полностью плавит их. SLS обычно используется для полимерных и керамических материалов. Лазер в SLS обеспечивает достаточное количество энергии, чтобы соединить частицы порошка в их точках контакта, в то время как в SLM порошок полностью расплавлен. Это различие приводит к тому, что части SLM имеют более высокую плотность и лучшие механические свойства по сравнению с частями SLS.
- FDM Технология: FDM (моделирование осаждения слитого осаждения) работает путем вытягивания термопластичной нити через нагретую насадку и осаждение слоя на слое. Он вообще не использует лазер. FDM - более затрат - эффективная и доступная технология для производства пластиковых прототипов и простых деталей. SLM, с его лазерным процессом плавления, способен создавать более сложные и высокопроизводительные металлические детали.
6. обеспечение качества и мониторинг
Лазеры в системах SLM также могут использоваться для целей обеспечения качества и мониторинга. Некоторые усовершенствованные SLM -машины оснащены системами мониторинга процессов, которые используют сам лазер или дополнительные датчики для обнаружения дефектов в процессе печати. Например, лазер можно использовать для измерения высоты порошкового слоя до и после плавления, чтобы обнаружить неровность или отсутствие охвата порошка.
Анализируя отражение или поглощение лазерного света во время процесса плавления, можно обнаружить дефекты, такие как пористость, трещины или неполное плавление. Этот реальный - мониторинг времени позволяет выполнять немедленные корректировки в параметры печати, обеспечивая производство высоких качественных деталей.
7. Проблемы и будущие события
Несмотря на множество преимуществ лазеров в технологии SLM, все еще есть некоторые проблемы. Одной из основных проблем является высокая стоимость высоких - мощных лазеров и связанное с этим обслуживание. Кроме того, сложность управления лазерными параметрами для достижения оптимальных результатов требует квалифицированных операторов и передовых систем управления.
В будущем мы можем ожидать дальнейших улучшений в лазерной технологии для SLM. Будут разработать новые типы лазеров с более высокой эффективностью, лучшим качеством луча и более точным контролем. Эти достижения приведут к более высокой скорости печати, улучшению качества деталей и возможности обрабатывать более широкий спектр материалов.
Как поставщик технологии SLM, мы постоянно работаем над повышением производительности наших систем путем оптимизации процессов, связанных с лазером. Мы предлагаем комплексное обучение и поддержку нашим клиентам, чтобы помочь им максимально использовать лазерную технологию SLM.
Если вы заинтересованы в изучении потенциала технологии SLM для ваших производственных потребностей, мы приглашаем вас связаться с нами для подробного обсуждения. Наша команда экспертов готова предоставить вам индивидуальные решения и помочь вам в достижении ваших производственных целей.
Ссылки
- Гибсон И., Розен, DW, & Stucker, B. (2010). Аддитивные технологии производства: быстрое прототипирование для прямого цифрового производства. Springer Science & Business Media.
- Kruth, J. - P., Leu, MC, & Nakagawa, T. (2007). Прогресс в аддитивном производстве и быстрое прототипирование. CIRP Annals - технология производства, 56 (2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I. & Bertrand, P. (2008). Анализ параметров процесса селективного лазерного плавления для сплава Ti6al4V. Материалы и дизайн, 29 (4), 826 - 831.