Ang paggamit sa teknolohiya sa paghulma sa sinag sa paghimo sa metal laser additive

Ang teknolohiya sa laser additive manufacturing (AM), nga adunay mga bentaha sa taas nga katukma sa paggama, kusog nga pagka-flexible, ug taas nga lebel sa automation, kaylap nga gigamit sa paghimo sa mga hinungdan nga sangkap sa mga natad sama sa automotive, medikal, aerospace, ug uban pa (sama sa rocket. fuel nozzles, satellite antenna brackets, human implants, ug uban pa). Kini nga teknolohiya makapauswag pag-ayo sa kombinasyon nga pasundayag sa giimprinta nga mga bahin pinaagi sa hiniusa nga paghimo sa materyal nga istruktura ug pasundayag. Sa pagkakaron, ang teknolohiya sa paggama sa laser additive sa kasagaran nagsagop sa usa ka naka-focus nga Gaussian beam nga adunay taas nga sentro ug ubos nga pag-apod-apod sa enerhiya. Bisan pa, kini kanunay nga nagpatunghag taas nga thermal gradients sa pagkatunaw, nga nagdala sa sunod nga pagporma sa mga pores ug coarse grains. Ang teknolohiya sa paghulma sa sinag usa ka bag-ong pamaagi aron masulbad kini nga problema, nga nagpauswag sa kahusayan ug kalidad sa pag-imprenta pinaagi sa pag-adjust sa pag-apod-apod sa enerhiya sa laser beam.

Kung itandi sa tradisyonal nga pagkubkob ug katumbas nga paggama, ang teknolohiya sa paghimo sa metal additive adunay mga bentaha sama sa mubo nga oras sa siklo sa paggama, taas nga katukma sa pagproseso, taas nga rate sa paggamit sa materyal, ug maayo nga kinatibuk-ang pasundayag sa mga bahin. Busa, ang teknolohiya sa paghimo sa metal additive kaylap nga gigamit sa mga industriya sama sa aerospace, hinagiban ug kagamitan, gahum nukleyar, biopharmaceutical, ug mga awto. Pinasukad sa prinsipyo sa discrete stacking, ang metal additive manufacturing naggamit sa usa ka tinubdan sa enerhiya (sama sa laser, arc, o electron beam) aron matunaw ang powder o wire, ug dayon i-stack kini nga layer sa layer aron mahimo ang target nga sangkap. Kini nga teknolohiya adunay mahinungdanong mga bentaha sa paghimo og gagmay nga mga batch, komplikado nga mga istruktura, o personal nga mga bahin. Ang mga materyales nga dili mahimo o lisud nga iproseso gamit ang tradisyonal nga mga teknik angay usab alang sa pag-andam gamit ang mga pamaagi sa paggama nga additive. Tungod sa mga bentaha sa ibabaw, ang teknolohiya sa paggama sa additive nakadani sa kaylap nga atensyon gikan sa mga iskolar sa lokal ug internasyonal. Sa miaging pipila ka mga dekada, ang teknolohiya sa paggama sa additive kusog nga nag-uswag. Tungod sa automation ug pagka-flexible sa mga kagamitan sa paggama sa laser additive, ingon man ang komprehensibo nga mga bentaha sa taas nga density sa enerhiya sa laser ug taas nga katukma sa pagproseso, ang teknolohiya sa paggama sa laser additive naugmad ang labing paspas sa tulo nga mga teknolohiya sa paghimo sa metal additive nga gihisgutan sa ibabaw.

Laser metal additive manufacturing teknolohiya mahimong dugang nga bahinon ngadto sa LPBF ug DED. Ang Figure 1 nagpakita sa usa ka tipikal nga schematic diagram sa LPBF ug DED nga mga proseso. Ang proseso sa LPBF, nailhan usab nga Selective Laser Melting (SLM), makahimo og komplikado nga mga sangkap sa metal pinaagi sa pag-scan sa mga high-energy nga laser beam sa usa ka pirmi nga agianan sa ibabaw sa powder bed. Dayon, ang pulbos matunaw ug molig-on sa layer sa layer. Ang proseso sa DED nag-una naglakip sa duha ka proseso sa pag-imprenta: laser melting deposition ug laser wire feeding additive manufacturing. Ang duha niini nga mga teknolohiya direktang makahimo ug makaayo sa mga parte sa metal pinaagi sa dungan nga pagpakaon sa metal powder o wire. Kung itandi sa LPBF, ang DED adunay mas taas nga produktibidad ug mas dako nga lugar sa paggama. Dugang pa, kini nga pamaagi mahimo usab nga dali nga mag-andam sa mga composite nga mga materyales ug mga materyales nga adunay grado nga gamit. Bisan pa, ang kalidad sa nawong sa mga bahin nga giimprinta sa DED kanunay nga dili maayo, ug ang sunod nga pagproseso gikinahanglan aron mapauswag ang katukma sa sukat sa target nga sangkap.

Sa kasamtangan nga proseso sa paghimo sa laser additive, ang naka-focus nga Gaussian beam kasagaran ang gigikanan sa enerhiya. Bisan pa, tungod sa talagsaon nga pag-apod-apod sa enerhiya (taas nga sentro, ubos nga ngilit), kini lagmit nga hinungdan sa taas nga mga gradient sa thermal ug pagkawalay kalig-on sa natunaw nga pool. Nagresulta sa dili maayo nga pagporma sa kalidad sa giimprinta nga mga bahin. Dugang pa, kung ang sentro nga temperatura sa tinunaw nga pool taas kaayo, kini magpahinabo sa ubos nga pagtunaw sa metal nga mga elemento sa pag-alisngaw, nga makapasamot sa pagkawalay kalig-on sa proseso sa LBPF. Busa, sa usa ka pagtaas sa porosity, ang mekanikal nga mga kabtangan ug kakapoy sa kinabuhi sa giimprinta nga mga bahin sa kamahinungdanon pagkunhod. Ang dili patas nga pag-apod-apod sa enerhiya sa mga Gaussian beam nagdala usab sa ubos nga kahusayan sa paggamit sa enerhiya sa laser ug sobra nga basura sa enerhiya. Aron makab-ot ang mas maayo nga kalidad sa pag-imprenta, ang mga eskolar nagsugod sa pag-usisa sa pagbayad sa mga depekto sa Gaussian beam pinaagi sa pag-usab sa mga parameter sa proseso sama sa laser power, scanning speed, powder layer thickness, ug scanning strategy, aron makontrol ang posibilidad sa energy input. Tungod sa pig-ot kaayo nga bintana sa pagproseso sa kini nga pamaagi, gilimitahan sa naayos nga pisikal nga mga limitasyon ang posibilidad sa dugang nga pag-optimize. Pananglitan, ang pagdugang sa gahum sa laser ug ang katulin sa pag-scan mahimo’g makab-ot ang taas nga kahusayan sa paggama, apan kasagaran moabut sa gasto sa pagsakripisyo sa kalidad sa pag-imprinta. Sa bag-ohay nga mga tuig, ang pagbag-o sa pag-apod-apod sa enerhiya sa laser pinaagi sa mga estratehiya sa paghulma sa beam mahimo’g mapauswag ang kahusayan sa paghimo ug kalidad sa pag-imprenta, nga mahimo’g mahimong umaabot nga direksyon sa pag-uswag sa teknolohiya sa paggama sa laser additive. Ang teknolohiya sa paghulma sa beam sa kasagaran nagtumong sa pag-adjust sa wavefront distribution sa input beam aron makuha ang gusto nga intensity distribution ug propagation nga mga kinaiya. Ang paggamit sa teknolohiya sa paghulma sa beam sa teknolohiya sa paghimo sa metal additive gipakita sa Figure 2.

Ang paggamit sa teknolohiya sa paghulma sa sinag sa paghimo sa additive sa laser

Ang mga kakulangan sa tradisyonal nga Gaussian beam printing

Sa metal nga laser additive manufacturing nga teknolohiya, ang pag-apod-apod sa enerhiya sa laser beam adunay dakong epekto sa kalidad sa giimprinta nga mga bahin. Bisan tuod ang Gaussian beam kay kaylap nga gigamit sa metal laser additive manufacturing equipment, nag-antos sila sa seryoso nga mga disbentaha sama sa dili lig-on nga kalidad sa pag-imprenta, ubos nga paggamit sa enerhiya, ug pig-ot nga mga bintana sa proseso sa proseso sa paggama sa additive. Lakip kanila, ang proseso sa pagtunaw sa powder ug ang dynamics sa tinunaw nga pool sa panahon sa metal nga laser additive nga proseso suod nga nalangkit sa gibag-on sa powder layer. Tungod sa presensya sa powder splashing ug erosion zones, ang aktuwal nga gibag-on sa powder layer mas taas kay sa theoretical expectation. Ikaduha, ang kolum sa singaw maoy hinungdan sa nag-unang atraso nga jet splashes. Ang metal nga alisngaw nabangga sa likod nga bungbong aron maporma ang mga splashes, nga gi-spray sa atubangan nga bungbong nga tul-id sa concave nga lugar sa tinunaw nga pool (sama sa gipakita sa Figure 3). Tungod sa komplikadong interaksyon tali sa laser beam ug splashes, ang ejected splashes mahimong seryosong makaapekto sa kalidad sa pag-imprinta sa sunod nga powder layers. Dugang pa, ang pagporma sa mga keyhole sa matunaw nga pool seryoso usab nga nakaapekto sa kalidad sa giimprinta nga mga bahin. Ang mga internal nga pores sa giimprinta nga piraso nag-una tungod sa dili lig-on nga mga lungag sa pag-lock.

Ang mekanismo sa pagporma sa mga depekto sa teknolohiya sa pagporma sa sinag

Ang teknolohiya sa paghulma sa sinag mahimong makab-ot ang pag-uswag sa pasundayag sa daghang mga dimensyon nga dungan, nga lahi sa mga sagbayan sa Gaussian nga nagpauswag sa pasundayag sa usa ka dimensyon sa gasto sa pagsakripisyo sa ubang mga sukat. Ang teknolohiya sa paghulma sa sinag mahimong tukma nga mag-adjust sa pag-apod-apod sa temperatura ug mga kinaiya sa pag-agos sa natunaw nga pool. Pinaagi sa pagpugong sa pag-apod-apod sa enerhiya sa laser, ang usa ka medyo lig-on nga tinunaw nga pool nga adunay gamay nga gradient sa temperatura nakuha. Ang tukma nga pag-apod-apod sa enerhiya sa laser mapuslanon alang sa pagsumpo sa porosity ug sputtering mga depekto, ug pagpauswag sa kalidad sa pag-imprenta sa laser sa mga bahin sa metal. Makab-ot niini ang lainlaing mga pag-uswag sa kahusayan sa produksiyon ug paggamit sa pulbos. Sa parehas nga oras, ang teknolohiya sa paghulma sa sinag naghatag kanamo daghang mga pamaagi sa pagproseso, labi nga nagpalingkawas sa kagawasan sa disenyo sa proseso, nga usa ka rebolusyonaryo nga pag-uswag sa teknolohiya sa paggama sa laser additive.