Technológia selektívneho laserového topenia (SLM) sa ukázala ako revolučná výrobná technika aditív, ktorá umožňuje výrobu zložitých a kvalitných kovových dielov s vynikajúcimi mechanickými vlastnosťami. Jadrom tejto technológie leží laser, ktorý hrá mnohostrannú a rozhodujúcu úlohu. Ako dodávateľ technológie SLM som bol svedkom z prvej ruky význam laserov v tomto špičkovom poli.
1. Základy technológie SLM
Predtým, ako sa ponoríte do úlohy laserov, je nevyhnutné porozumieť základným princípom technológie SLM. SLM je proces výroby aditív, ktorý vytvára vrstvu troch rozmerov. Začína sa tenkou vrstvou kovového prášku rovnomerne roztiahnutým cez zostavu platformy. Laser potom selektívne topí prášok v konkrétnych oblastiach podľa digitálneho modelu a upevňuje ho do požadovaného tvaru. Po dokončení vrstvy sa platforma zostavuje, použije sa nová vrstva prášku a proces sa opakuje, kým sa celý objekt nevytvorí.
2. Laser ako zdroj energie
Najzákladnejšou úlohou lasera v technológii SLM je zdroj energie. Laserový lúč poskytuje energiu s vysokou intenzitou potrebnou na roztavenie kovového prášku. Rôzne kovy majú rôzne body topenia a laser musí byť schopný dodať dostatočnú energiu na dosiahnutie a prekročenie týchto bodov topenia. Napríklad zliatiny titánu, ktoré sa široko používajú v leteckých a lekárskych aplikáciách, majú relatívne vysoké body topenia (okolo 1668 ° C). Na zabezpečenie úplného topenia titánového prášku je potrebný vysoko výkonný laser, čo vedie k hustej a defektnej časti.
Hustota energie laserového lúča je kritickým parametrom. Je definovaná ako sila lasera vydelená plochou laserového miesta na posteli prášku. Na dosiahnutie dobrého topenia a väzby medzi práškovými časticami je potrebná správna hustota energie. Ak je hustota energie príliš nízka, prášok sa nemusí úplne roztaviť, čo vedie k pórovitosti a slabým mechanickým vlastnostiam v konečnej časti. Na druhej strane, ak je hustota energie príliš vysoká, môže to spôsobiť prehĺbenie, guľôčku (tvorba sférických guličiek roztaveného kovu namiesto kontinuálnej vrstvy) a skreslenie časti.
3. Presné skenovanie a generovanie vzorov
Lasery v systémoch SLM sú vybavené skenovacími zrkadlami, ktoré môžu presne ovládať pohyb laserového lúča cez prádlo. To umožňuje vytvorenie zložitých geometrií a jemných detailov v tlačených častiach. Digitálny model objektu je nakrájaný na tenké vrstvy a skenovací systém vedie laser, aby sledoval tvar každej vrstvy na práškovom lôžku.
Rýchlosť skenovania a cesta majú tiež významný vplyv na kvalitu tlačenej časti. Pomalšia rýchlosť skenovania vo všeobecnosti umožňuje ukladať viac energie na jednotku plochy, čo môže zlepšiť topenie a väzbu prášku. Zvyšuje však aj čas na zostavenie. Scenovacia cesta by sa mala starostlivo naplánovať, aby sa zabezpečilo rovnomerné zahrievanie a chladenie prášku, čím sa znížilo riziko tepelných stresov a deformácie. Napríklad je možné použiť meandrujúci alebo rastrový skenovací vzor, ale smer a prekrývanie skenovacích vedení je potrebné optimalizovať.
4. Interakcia materiálu a kontrola mikroštruktúry
Interakcia medzi laserom a kovovým práškom počas procesu topenia ovplyvňuje mikroštruktúru tlačenej časti. Keď laser topí prášok, dôjde k rýchlej tuhosti v dôsledku vysokých rýchlostí chladenia. Táto rýchla tuhosť môže viesť k jemným mikroštruktúram, ktoré často vedú k zlepšeniu mechanických vlastností, ako je vyššia pevnosť a tvrdosť.
Parametre laseru je možné upraviť tak, aby sa riadil proces tuhnutia. Napríklad zmenou laserového výkonu, rýchlosti skenovania a trvania impulzu je možné upraviť rýchlosť chladenia. Pomalšia miera chladenia môže podporovať rast väčších zŕn, ktoré môžu byť prospešné v niektorých aplikáciách, kde je dôležitejšia ťažnosť. Naopak, rýchlejšia rýchlosť chladenia môže produkovať jemnejšiu mikroštruktúru, ktorá zvyšuje pevnosť a odolnosť proti opotrebeniu.
5. Porovnanie s inými technológiami výroby aditív
V porovnaní s inými technológiami výroby aditív, ako napríkladTechnológia DLP,Technológia SLSaTechnológia FDM, úloha laserov v SLM je zreteľná.
- Technológia DLP: DLP (Digital Light Processing) Technológia používa projektor digitálneho svetla na vyliečenie vrstvy fotopolymérov kvapaliny po vrstve. Namiesto lasera sa spolieha na svetelnú projekciu pre proces vytvrdzovania. Táto technológia sa používa hlavne na výrobu plastových častí s vysokým povrchom a relatívne vysokým rozlíšením. Naopak, SLM používa lasery na roztavenie kovových práškov, čo umožňuje výrobu silných a odolných kovových častí.
- Technológia SLS: SLS (selektívne laserové sintrovanie) tiež používa laser, ale skôr spekne častice prášku, skôr ako ich úplne topenie. SLS sa bežne používa pre polymérne a keramické materiály. Laser v SLS poskytuje dostatok energie na spojenie práškových častíc v ich kontaktných miestach, zatiaľ čo v SLM je prášok úplne roztavený. Tento rozdiel vedie k tomu, že časti SLM majú vyššiu hustotu a lepšie mechanické vlastnosti v porovnaní s časťami SLS.
- Technológia FDM: FDM (fúzované depozičné modelovanie) funguje extrudovaním termoplastického vlákna cez vyhrievanú dýzu a jeho vrstvu ukladaním podľa vrstvy. Vôbec nepoužíva laser. FDM je nákladovejšia - efektívna a prístupná technológia na výrobu plastových prototypov a jednoduchých častí. SLM, s procesom topenia založeného na laserom, je schopný vytvárať zložitejšie a vysoko výkonné kovové časti.
6. Zabezpečenie kvality a monitorovanie
Lasery v systémoch SLM sa môžu použiť aj na účely zabezpečenia a monitorovania kvality. Niektoré pokročilé stroje SLM sú vybavené systémami monitorovania procesov, ktoré používajú samotný laser alebo ďalšie senzory na detekciu defektov počas procesu tlače. Napríklad laser sa môže použiť na meranie výšky práškového lôžka pred a po topení, aby sa zistilo akékoľvek nerovnosti alebo nedostatok práškového pokrytia.
Analýzou odrazu alebo absorpcie laserového svetla počas procesu topenia je možné zistiť defekty, ako sú pórovitosť, trhliny alebo neúplné topenie. Toto skutočné monitorovanie času umožňuje okamžité úpravy parametrov tlače, čím sa zabezpečí výroba vysoko kvalitných častí.
7. Výzvy a budúci vývoj
Napriek mnohým výhodám laserov v technológii SLM stále existujú určité výzvy. Jednou z hlavných výziev sú vysoké náklady na vysoké energetické lasery a súvisiace údržbu. Okrem toho zložitosť riadenia laserových parametrov na dosiahnutie optimálnych výsledkov vyžaduje kvalifikovaných operátorov a pokročilé riadiace systémy.
V budúcnosti môžeme očakávať ďalšie zlepšenia laserovej technológie pre SLM. Vyvinú sa nové typy laserov s vyššou účinnosťou, lepšou kvalitou lúča a presnejšou kontrolou. Tento pokrok povedie k rýchlejším rýchlostiam tlače, zlepšeniu kvality dielu a schopnosti spracovať širšiu škálu materiálov.
Ako dodávateľ technológie SLM neustále pracujeme na zlepšovaní výkonnosti našich systémov optimalizáciou procesov súvisiacich s laserom. Našim zákazníkom ponúkame komplexné školenie a podporu, aby sme im pomohli čo najlepšie využiť technológiu SLM založenú na laseroch.
Ak máte záujem preskúmať potenciál technológie SLM pre vaše výrobné potreby, pozývame vás, aby ste nás kontaktovali kvôli podrobnej diskusii. Náš tím odborníkov je pripravený vám poskytnúť prispôsobené riešenia a pomôcť vám pri dosahovaní vašich výrobných cieľov.
Odkazy
- Gibson, I., Rosen, DW a Stucker, B. (2010). Aditívne výrobné technológie: Rýchle prototypovanie na priamu digitálnu výrobu. Springer Science & Business Media.
- Kruth, J. - P., Leu, MC, & Nakagawa, T. (2007). Pokrok vo výrobe aditív a rýchle prototypovanie. CIRP Annals - Výrobná technológia, 56 (2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., & Bertrand, P. (2008). Analýza selektívnych parametrov procesu topenia laserového topenia pre zliatinu TI6AL4V. Materiály a dizajn, 29 (4), 826 - 831.