It-teknoloġija tal-manifattura addittiva bil-lejżer (AM), bil-vantaġġi tagħha ta' preċiżjoni għolja fil-manifattura, flessibilità qawwija, u grad għoli ta' awtomazzjoni, tintuża ħafna fil-manifattura ta' komponenti ewlenin f'oqsma bħall-karozzi, il-mediċina, l-ajruspazju, eċċ. (bħal żennuni tal-fjuwil tar-rokits, parentesi tal-antenna tas-satellita, impjanti umani, eċċ.). Din it-teknoloġija tista' ttejjeb ħafna l-prestazzjoni tal-kombinazzjoni tal-partijiet stampati permezz tal-manifattura integrata tal-istruttura u l-prestazzjoni tal-materjal. Fil-preżent, it-teknoloġija tal-manifattura addittiva bil-lejżer ġeneralment tadotta raġġ Gaussian iffukat b'distribuzzjoni tal-enerġija ċentrali għolja u tarf baxx. Madankollu, ħafna drabi tiġġenera gradjenti termali għoljin fit-tidwib, li jwasslu għall-formazzjoni sussegwenti ta' pori u qmuħ oħxon. It-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġi hija metodu ġdid biex tissolva din il-problema, li jtejjeb l-effiċjenza u l-kwalità tal-istampar billi jaġġusta d-distribuzzjoni tal-enerġija tar-raġġ tal-lejżer.
Meta mqabbla mat-tnaqqis tradizzjonali u l-manifattura ekwivalenti, it-teknoloġija tal-manifattura addittiva tal-metall għandha vantaġġi bħal ħin qasir taċ-ċiklu tal-manifattura, preċiżjoni għolja tal-ipproċessar, rata għolja ta' utilizzazzjoni tal-materjal, u prestazzjoni ġenerali tajba tal-partijiet. Għalhekk, it-teknoloġija tal-manifattura addittiva tal-metall tintuża ħafna f'industriji bħall-ajruspazju, l-armi u t-tagħmir, l-enerġija nukleari, il-bijofarmaċewtiċi, u l-karozzi. Ibbażata fuq il-prinċipju tal-istivar diskret, il-manifattura addittiva tal-metall tutilizza sors ta' enerġija (bħal-lejżer, l-ark, jew ir-raġġ tal-elettroni) biex idub it-trab jew il-wajer, u mbagħad tqiegħedhom 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 jiġu pproċessati jew li huma diffiċli biex jiġu pproċessati bl-użu ta' tekniki tradizzjonali huma wkoll adattati għall-preparazzjoni bl-użu ta' metodi ta' manifattura addittiva. Minħabba l-vantaġġi ta' hawn fuq, it-teknoloġija tal-manifattura addittiva ġibdet attenzjoni mifruxa minn studjużi kemm domestikament kif ukoll internazzjonalment. Fl-aħħar ftit deċennji, it-teknoloġija tal-manifattura addittiva għamlet progress mgħaġġel. Minħabba l-awtomazzjoni u l-flessibbiltà tat-tagħmir tal-manifattura addittiva bil-lejżer, kif ukoll il-vantaġġi komprensivi tad-densità għolja tal-enerġija tal-lejżer u l-preċiżjoni għolja tal-ipproċessar, it-teknoloġija tal-manifattura addittiva bil-lejżer żviluppat l-aktar mgħaġġla fost it-tliet teknoloġiji tal-manifattura addittiva 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 Tidwib Selettiv bil-Lejżer (SLM), jista' jimmanifattura komponenti tal-metall kumplessi billi jiskennja 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: depożizzjoni tat-tidwib bil-lejżer u manifattura tal-addittivi tat-tmigħ tal-wajer bil-lejżer. Dawn iż-żewġ teknoloġiji jistgħu jimmanifatturaw u jsewwu direttament partijiet tal-metall billi jitimgħu trab jew wajer tal-metall b'mod sinkroniku. Meta mqabbel mal-LPBF, id-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 funzjonalment. Madankollu, il-kwalità tal-wiċċ tal-partijiet stampati bid-DED hija dejjem fqira, u huwa meħtieġ ipproċessar sussegwenti biex titjieb l-eżattezza dimensjonali tal-komponent fil-mira.
Fil-proċess attwali tal-manifattura addittiva bil-lejżer, ir-raġġ Gaussian iffukat ġeneralment ikun is-sors tal-enerġija. Madankollu, minħabba d-distribuzzjoni unika tal-enerġija tiegħu (ċentru għoli, tarf baxx), x'aktarx li jikkawża gradjenti termali għoljin u instabbiltà tal-ġabra mdewba. Dan jirriżulta fi kwalità fqira tal-iffurmar tal-partijiet stampati. Barra minn hekk, jekk it-temperatura taċ-ċentru tal-ġabra mdewba tkun għolja wisq, dan jikkawża li l-elementi tal-metall b'punt ta' tidwib baxx jivvaporizzaw, u dan jaggrava aktar l-instabbiltà 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-lejżer u ħela eċċessiva ta' 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-iskannjar, 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 fil-manifattura, iżda ħafna drabi ssarrfet il-kwalità tal-istampar. Fi snin reċenti, il-bidla fid-distribuzzjoni tal-enerġija tal-lejżer permezz ta' strateġiji tal-iffurmar tar-raġġi tista' ttejjeb b'mod sinifikanti l-effiċjenza tal-manifattura u l-kwalità tal-istampar, li jistgħu jsiru d-direzzjoni futura tal-iżvilupp tat-teknoloġija tal-manifattura addittiva bil-lejżer. It-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġi ġeneralment tirreferi għall-aġġustament tad-distribuzzjoni tal-front tal-mewġa tar-raġġ tad-dħul biex tinkiseb id-distribuzzjoni tal-intensità mixtieqa u l-karatteristiċi tal-propagazzjoni. L-applikazzjoni tat-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġi fit-teknoloġija tal-manifattura addittiva tal-metall hija murija fil-Figura 2.
Applikazzjoni tat-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġi fil-manifattura addittiva tal-lejżer
In-nuqqasijiet tal-istampar tradizzjonali tar-raġġ Gaussian
Fit-teknoloġija tal-manifattura addittiva bil-lejżer tal-metall, id-distribuzzjoni tal-enerġija tar-raġġ tal-lejżer għandha impatt sinifikanti fuq il-kwalità tal-partijiet stampati. Għalkemm ir-raġġi Gaussjani ntużaw ħafna fit-tagħmir tal-manifattura addittiva bil-lejżer tal-metall, dawn ibatu minn żvantaġġi serji bħal kwalità tal-istampar instabbli, utilizzazzjoni baxxa tal-enerġija, u twieqi tal-proċess dojoq fil-proċess tal-manifattura addittiva. Fost dawn, il-proċess tat-tidwib tat-trab u d-dinamika tal-ġabra mdewba matul il-proċess addittiv tal-lejżer tal-metall huma relatati mill-qrib mal-ħxuna tas-saff tat-trab. Minħabba l-preżenza ta' żoni ta' titjir tat-trab u erożjoni, il-ħxuna attwali tas-saff tat-trab hija ogħla mill-aspettattiva teoretika. It-tieni nett, il-kolonna tal-fwar ikkawżat it-titjir ewlieni tal-ġett lura. Il-fwar tal-metall jaħbat mal-ħajt ta' wara biex jifforma titjir, li jiġi sprejjat tul il-ħajt ta' quddiem perpendikolari għaż-żona konkava tal-ġabra mdewba (kif muri fil-Figura 3). Minħabba l-interazzjoni kumplessa bejn ir-raġġ tal-lejżer u t-titjir, it-titjir imkeċċi jista' jaffettwa serjament il-kwalità tal-istampar tas-saffi tat-trab sussegwenti. Barra minn hekk, il-formazzjoni ta' toqob taċ-ċwievet fil-ġabra 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 tal-formazzjoni ta' difetti fit-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġi
It-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġi tista' tikseb titjib fil-prestazzjoni f'diversi dimensjonijiet simultanjament, li huwa differenti mir-raġġi Gaussjani li jtejbu l-prestazzjoni f'dimensjoni waħda għad-detriment li jissagrifikaw dimensjonijiet oħra. It-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġi tista' taġġusta b'mod preċiż id-distribuzzjoni tat-temperatura u l-karatteristiċi tal-fluss tal-ġabra mdewba. Billi tikkontrolla d-distribuzzjoni tal-enerġija tal-lejżer, tinkiseb ġabra mdewba relattivament stabbli b'gradjent żgħir tat-temperatura. Id-distribuzzjoni xierqa tal-enerġija tal-lejżer hija ta' benefiċċju għas-soppressjoni tal-porożità u d-difetti tal-isputtering, u ttejjeb il-kwalità tal-istampar bil-lejżer fuq partijiet tal-metall. Tista' tikseb diversi titjib fl-effiċjenza tal-produzzjoni u l-użu tat-trab. Fl-istess ħin, it-teknoloġija tal-iffurmar tar-raġġi tipprovdilna aktar strateġiji ta' pproċessar, u tillibera ħafna l-libertà tad-disinn tal-proċess, li huwa progress rivoluzzjonarju fit-teknoloġija tal-manifattura addittiva tal-lejżer.
Ħin tal-posta: 28 ta' Frar 2024
