Applikazzjoni tat-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġ fil-manifattura tal-addittivi tal-laser tal-metall

It-teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi bil-lejżer (AM), bil-vantaġġi tagħha ta 'preċiżjoni għolja tal-manifattura, flessibilità qawwija, u grad għoli ta' awtomazzjoni, tintuża ħafna fil-manifattura ta 'komponenti ewlenin f'oqsma bħall-karozzi, mediċi, aerospazjali, eċċ. (bħal rokit żennuni tal-fjuwil, parentesi tal-antenna tas-satellita, impjanti umani, eċċ.). Din it-teknoloġija tista 'ttejjeb ħafna l-prestazzjoni tal-kombinazzjoni ta' partijiet stampati permezz ta 'manifattura integrata ta' struttura u prestazzjoni materjali. Fil-preżent, it-teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi tal-lejżer ġeneralment tadotta raġġ Gaussian iffukat b'ċentru għoli u distribuzzjoni tal-enerġija tat-tarf baxx. Madankollu, ħafna drabi jiġġenera gradjenti termali għoljin fit-tidwib, li jwassal għall-formazzjoni sussegwenti ta 'pori u ħbub oħxon. It-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġ hija metodu ġdid biex issolvi din il-problema, li ttejjeb l-effiċjenza u l-kwalità tal-istampar billi taġġusta d-distribuzzjoni tal-enerġija tar-raġġ tal-lejżer.

Meta mqabbel mat-tnaqqis tradizzjonali u l-manifattura ekwivalenti, it-teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi tal-metall għandha vantaġġi bħal ħin ta 'ċiklu qasir ta' manifattura, preċiżjoni għolja tal-ipproċessar, rata għolja ta 'utilizzazzjoni tal-materjal, u prestazzjoni ġenerali tajba tal-partijiet. Għalhekk, it-teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi tal-metall tintuża ħafna f'industriji bħall-ajruspazju, l-armi u t-tagħmir, l-enerġija nukleari, il-bijofarmaċewtiċi u l-karozzi. Ibbażat fuq il-prinċipju ta 'stivar diskreti, il-manifattura tal-addittivi tal-metall tutilizza sors ta' enerġija (bħal laser, ark, jew raġġ tal-elettroni) biex idub it-trab jew il-wajer, u mbagħad tistivahom saff b'saff biex timmanifattura l-komponent fil-mira. Din it-teknoloġija għandha vantaġġi sinifikanti fil-produzzjoni ta 'lottijiet żgħar, strutturi kumplessi, jew partijiet personalizzati. Materjali li ma jistgħux ikunu jew li huma diffiċli biex jiġu pproċessati bl-użu ta 'tekniki tradizzjonali huma wkoll adattati għall-preparazzjoni bl-użu ta' metodi ta 'manifattura addittivi. Minħabba l-vantaġġi ta 'hawn fuq, it-teknoloġija tal-manifattura addittiva ġibdet attenzjoni mifruxa minn studjużi kemm domestikament kif ukoll internazzjonalment. Fl-aħħar ftit għexieren ta 'snin, it-teknoloġija tal-manifattura addittiva għamlet progress mgħaġġel. Minħabba l-awtomazzjoni u l-flessibilità tat-tagħmir tal-manifattura tal-addittivi tal-lejżer, kif ukoll il-vantaġġi komprensivi ta 'densità għolja tal-enerġija tal-laser u preċiżjoni għolja tal-ipproċessar, it-teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi tal-lejżer żviluppat l-aktar veloċi fost it-tliet teknoloġiji tal-manifattura tal-addittivi tal-metall imsemmija hawn fuq.

It-teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi tal-metall bil-lejżer tista 'tinqasam aktar f'LPBF u DED. Il-Figura 1 turi dijagramma skematika tipika tal-proċessi LPBF u DED. Il-proċess LPBF, magħruf ukoll bħala Selective Laser Melting (SLM), jista 'jimmanifattura komponenti tal-metall kumplessi billi jiskenja raġġi tal-lejżer ta' enerġija għolja tul mogħdija fissa fuq il-wiċċ ta 'sodda tat-trab. Imbagħad, it-trab idub u jissolidifika saff b'saff. Il-proċess DED jinkludi prinċipalment żewġ proċessi ta 'stampar: depożitu ta' tidwib bil-lejżer u manifattura ta 'addittiv għall-għalf tal-wajer tal-laser. Dawn iż-żewġ teknoloġiji jistgħu jimmanifatturaw u jsewwu direttament partijiet tal-metall billi jitimgħu b'mod sinkroniku trab jew wajer tal-metall. Meta mqabbel ma 'LPBF, DED għandu produttività ogħla u żona ta' manifattura akbar. Barra minn hekk, dan il-metodu jista 'wkoll jipprepara b'mod konvenjenti materjali komposti u materjali gradati b'mod funzjonali. Madankollu, il-kwalità tal-wiċċ tal-partijiet stampati minn DED hija dejjem fqira, u l-ipproċessar sussegwenti huwa meħtieġ biex tittejjeb l-eżattezza dimensjonali tal-komponent fil-mira.

Fil-proċess attwali tal-manifattura tal-addittiv tal-laser, ir-raġġ Gaussian iffukat huwa ġeneralment is-sors tal-enerġija. Madankollu, minħabba d-distribuzzjoni unika tal-enerġija tagħha (ċentru għoli, tarf baxx), x'aktarx li tikkawża gradjenti termali għoljin u instabbiltà tal-pool tat-tidwib. Jirriżulta fi kwalità fqira tal-iffurmar tal-partijiet stampati. Barra minn hekk, jekk it-temperatura taċ-ċentru tal-pool imdewweb tkun għolja wisq, se tikkawża li l-elementi tal-metall tal-punt tat-tidwib baxx jiġu vaporizzati, u jkompli jaggrava l-instabilità tal-proċess LBPF. Għalhekk, b'żieda fil-porożità, il-proprjetajiet mekkaniċi u l-ħajja tal-għeja tal-partijiet stampati jitnaqqsu b'mod sinifikanti. Id-distribuzzjoni irregolari tal-enerġija tar-raġġi Gaussian twassal ukoll għal effiċjenza baxxa fl-użu tal-enerġija tal-laser u ħela eċċessiva tal-enerġija. Sabiex tinkiseb kwalità aħjar tal-istampar, l-istudjużi bdew jesploraw il-kumpens għad-difetti tar-raġġi Gaussian billi jimmodifikaw il-parametri tal-proċess bħall-qawwa tal-lejżer, il-veloċità tal-iskannjar, il-ħxuna tas-saff tat-trab, u l-istrateġija tal-iskanjar, sabiex jikkontrollaw il-possibbiltà ta 'input tal-enerġija. Minħabba t-tieqa tal-ipproċessar dejqa ħafna ta 'dan il-metodu, limitazzjonijiet fiżiċi fissi jillimitaw il-possibbiltà ta' aktar ottimizzazzjoni. Pereżempju, iż-żieda fil-qawwa tal-lejżer u l-veloċità tal-iskannjar tista 'tikseb effiċjenza għolja tal-manifattura, iżda ħafna drabi tiġi għall-ispiża li tiġi ssagrifikata l-kwalità tal-istampar. F'dawn l-aħħar snin, it-tibdil tad-distribuzzjoni tal-enerġija tal-lejżer permezz ta 'strateġiji ta' formazzjoni tar-raġġ jista 'jtejjeb b'mod sinifikanti l-effiċjenza tal-manifattura u l-kwalità tal-istampar, li tista' ssir id-direzzjoni tal-iżvilupp futur tat-teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi tal-laser. It-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġ ġeneralment tirreferi għall-aġġustament tad-distribuzzjoni tal-wavefront tar-raġġ tal-input biex tikseb id-distribuzzjoni tal-intensità mixtieqa u l-karatteristiċi tal-propagazzjoni. L-applikazzjoni tat-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġ fit-teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi tal-metall tidher fil-Figura 2.

Applikazzjoni tat-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġ fil-manifattura tal-addittivi tal-lejżer

In-nuqqasijiet tal-istampar tradizzjonali tar-raġġ Gaussian

Fit-teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi tal-laser tal-metall, id-distribuzzjoni tal-enerġija tar-raġġ tal-lejżer għandha impatt sinifikanti fuq il-kwalità tal-partijiet stampati. Għalkemm ir-raġġi Gaussian intużaw ħafna f'tagħmir tal-manifattura tal-addittivi tal-laser tal-metall, ibatu minn żvantaġġi serji bħal kwalità tal-istampar instabbli, utilizzazzjoni baxxa tal-enerġija, u twieqi tal-proċess dojoq fil-proċess tal-manifattura tal-addittivi. Fost dawn, il-proċess tat-tidwib tat-trab u d-dinamika tal-pool imdewweb matul il-proċess tal-addittiv tal-lejżer tal-metall huma relatati mill-qrib mal-ħxuna tas-saff tat-trab. Minħabba l-preżenza ta 'żoni ta' titjir u erożjoni tat-trab, il-ħxuna attwali tas-saff tat-trab hija ogħla mill-aspettattiva teoretika. It-tieni nett, il-kolonna tal-fwar ikkawżat it-titjir prinċipali tal-ġett b'lura. Il-fwar tal-metall jaħbat mal-ħajt ta 'wara biex jifforma titjir, li huma sprejjati tul il-ħajt ta' quddiem perpendikolari għaż-żona konkava tal-pool imdewweb (kif muri fil-Figura 3). Minħabba l-interazzjoni kumplessa bejn ir-raġġ tal-lejżer u t-titjir, it-titjir ejected jistgħu jaffettwaw serjament il-kwalità tal-istampar ta 'saffi ta' trab sussegwenti. Barra minn hekk, il-formazzjoni ta 'keyholes fil-pool tat-tidwib taffettwa wkoll serjament il-kwalità tal-partijiet stampati. Il-pori interni tal-biċċa stampata huma prinċipalment ikkawżati minn toqob ta 'qfil instabbli.

Il-mekkaniżmu ta 'formazzjoni ta' difetti fit-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġ

It-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġ tista 'tikseb titjib tal-prestazzjoni f'dimensjonijiet multipli simultanjament, li hija differenti minn travi Gaussian li jtejbu l-prestazzjoni f'dimensjoni waħda bl-ispiża li jissagrifikaw dimensjonijiet oħra. It-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġ tista 'taġġusta b'mod preċiż id-distribuzzjoni tat-temperatura u l-karatteristiċi tal-fluss tal-pool tat-tidwib. Billi tikkontrolla d-distribuzzjoni tal-enerġija tal-lejżer, tinkiseb pool imdewweb relattivament stabbli bi gradjent żgħir tat-temperatura. Id-distribuzzjoni xierqa tal-enerġija tal-lejżer hija ta 'benefiċċju għat-trażżin tal-porosità u d-difetti ta' sputtering, u t-titjib tal-kwalità tal-istampar bil-lejżer fuq partijiet tal-metall. Jista 'jikseb diversi titjib fl-effiċjenza tal-produzzjoni u l-użu tat-trab. Fl-istess ħin, it-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġ tagħtina aktar strateġiji ta 'proċessar, li tillibera ħafna l-libertà tad-disinn tal-proċess, li huwa progress rivoluzzjonarju fit-teknoloġija tal-manifattura tal-addittivi tal-laser.