Paggamit sa teknolohiya sa pagporma sa beam sa paghimo og dugang nga metal laser

Ang teknolohiya sa laser additive manufacturing (AM), uban sa mga bentaha niini sa taas nga katukma sa paggama, kusog nga pagka-flexible, ug taas nga lebel sa automation, kaylap nga gigamit sa paggama sa mga importanteng sangkap sa mga natad sama sa automotive, medical, 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 performance sa mga giimprinta nga bahin pinaagi sa integrated manufacturing sa istruktura ug performance sa materyal. Sa pagkakaron, ang teknolohiya sa laser additive manufacturing kasagaran nagsagop sa usa ka naka-focus nga Gaussian beam nga adunay taas nga center ug ubos nga edge energy distribution. Bisan pa, kini kanunay nga nagmugna og taas nga thermal gradients sa melt, nga mosangpot sa sunod nga pagporma sa mga pores ug coarse grains. Ang beam shaping technology usa ka bag-ong pamaagi aron masulbad kini nga problema, nga nagpauswag sa efficiency ug kalidad sa pag-imprinta pinaagi sa pag-adjust sa distribution sa laser beam energy.

Kon itandi sa tradisyonal nga subtraction ug katumbas nga paggama, ang teknolohiya sa paggama og 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 performance sa mga piyesa. Busa, ang teknolohiya sa paggama og metal additive kaylap nga gigamit sa mga industriya sama sa aerospace, mga hinagiban ug kagamitan, nukleyar nga gahum, biopharmaceuticals, ug mga awto. Base sa prinsipyo sa discrete stacking, ang paggama og metal additive naggamit og tinubdan sa enerhiya (sama sa laser, arc, o electron beam) aron matunaw ang pulbos o alambre, ug dayon i-stack kini layer por layer aron mahimo ang target nga component. Kini nga teknolohiya adunay dakong bentaha sa paghimo og gagmay nga mga batch, komplikado nga mga istruktura, o personalized nga mga piyesa. Ang mga materyales nga dili mahimo o lisod iproseso gamit ang tradisyonal nga mga teknik angay usab alang sa pag-andam gamit ang mga pamaagi sa additive manufacturing. Tungod sa mga bentaha sa ibabaw, ang teknolohiya sa additive manufacturing nakadani sa kaylap nga atensyon gikan sa mga eskolar sa sulod ug gawas sa nasud. Sa miaging pipila ka dekada, ang teknolohiya sa additive manufacturing nakahimo og paspas nga pag-uswag. Tungod sa automation ug flexibility sa mga kagamitan sa laser additive manufacturing, ingon man ang komprehensibo nga mga bentaha sa taas nga laser energy density ug taas nga katukma sa pagproseso, ang teknolohiya sa laser additive manufacturing ang labing paspas nga naugmad taliwala sa tulo ka teknolohiya sa metal additive manufacturing nga nahisgutan sa ibabaw.

Ang teknolohiya sa paggama og laser metal additive mahimong bahinon pa sa LPBF ug DED. Ang Figure 1 nagpakita sa tipikal nga eskematiko nga diagram sa mga proseso sa LPBF ug DED. 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 laser beam subay sa usa ka piho nga agianan sa ibabaw sa usa ka powder bed. Dayon, ang pulbos matunaw ug mogahi nga layer por layer. Ang proseso sa DED nag-una nga naglakip sa duha ka proseso sa pag-imprinta: laser melting deposition ug laser wire feeding additive manufacturing. Kining duha ka teknolohiya direktang makahimo ug makaayo sa mga parte sa metal pinaagi sa dungan nga pagpakaon sa metal powder o wire. Kon 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 kombenyente nga mag-andam sa mga composite nga materyales ug mga materyales nga adunay function nga grado. Bisan pa, ang kalidad sa ibabaw sa mga parte nga giimprinta sa DED kanunay nga ubos, ug ang sunod nga pagproseso gikinahanglan aron mapauswag ang katukma sa dimensyon sa target nga component.

Sa kasamtangang proseso sa paggama og laser additive, ang naka-focus nga Gaussian beam kasagaran mao ang tinubdan sa enerhiya. Bisan pa, tungod sa talagsaon nga distribusyon sa enerhiya niini (taas nga sentro, ubos nga ngilit), lagmit nga kini hinungdan sa taas nga thermal gradients ug kawalay kalig-on sa melt pool. Moresulta kini sa dili maayo nga kalidad sa pagporma sa mga giimprinta nga mga bahin. Dugang pa, kung ang temperatura sa sentro sa tinunaw nga pool taas kaayo, kini hinungdan sa pag-alisngaw sa mga elemento sa metal nga ubos ang melting point, nga labi nga nagpalala sa kawalay kalig-on sa proseso sa LBPF. Busa, uban ang pagtaas sa porosity, ang mekanikal nga mga kabtangan ug kinabuhi sa kakapoy sa mga giimprinta nga mga bahin mikunhod pag-ayo. Ang dili patas nga distribusyon sa enerhiya sa Gaussian beams mosangpot usab sa ubos nga kahusayan sa paggamit sa enerhiya sa laser ug sobra nga pag-usik sa enerhiya. Aron makab-ot ang mas maayo nga kalidad sa pag-imprinta, ang mga iskolar nagsugod sa pagsuhid sa pag-compensate sa mga depekto sa Gaussian beams pinaagi sa pag-usab sa mga parameter sa proseso sama sa gahum sa laser, katulin sa pag-scan, gibag-on sa powder layer, ug estratehiya sa pag-scan, aron makontrol ang posibilidad sa input sa enerhiya. Tungod sa pig-ot kaayo nga bintana sa pagproseso niini nga pamaagi, ang piho nga pisikal nga mga limitasyon naglimite sa posibilidad sa dugang nga pag-optimize. Pananglitan, ang pagdugang sa gahum sa laser ug katulin sa pag-scan makab-ot ang taas nga kahusayan sa paggama, apan kanunay nga moabut sa gasto sa pagsakripisyo sa kalidad sa pag-imprinta. Sa bag-ohay nga mga tuig, ang pag-usab sa distribusyon sa enerhiya sa laser pinaagi sa mga estratehiya sa beam shaping mahimong makapauswag pag-ayo sa kahusayan sa paggama ug kalidad sa pag-imprinta, nga mahimong direksyon sa umaabot nga pag-uswag sa teknolohiya sa laser additive manufacturing. Ang teknolohiya sa beam shaping sa kinatibuk-an nagtumong sa pag-adjust sa wavefront distribution sa input beam aron makuha ang gitinguha nga intensity distribution ug propagation characteristics. Ang aplikasyon sa teknolohiya sa beam shaping sa teknolohiya sa metal additive manufacturing gipakita sa Figure 2.

Paggamit sa teknolohiya sa pagporma sa beam sa paggama og dugang nga laser

Ang mga kakulangan sa tradisyonal nga Gaussian beam printing

Sa teknolohiya sa metal laser additive manufacturing, ang pag-apod-apod sa enerhiya sa laser beam adunay dakong epekto sa kalidad sa mga giimprinta nga mga bahin. Bisan tuod ang Gaussian beams kaylap nga gigamit sa mga kagamitan sa metal laser additive manufacturing, kini nag-antos sa mga seryoso nga disbentaha sama sa dili lig-on nga kalidad sa pag-imprinta, ubos nga paggamit sa enerhiya, ug pig-ot nga mga bintana sa proseso sa additive manufacturing. Lakip niini, ang proseso sa pagkatunaw sa pulbos ug ang dinamika sa tinunaw nga pool atol sa proseso sa metal laser additive suod nga nalambigit sa gibag-on sa powder layer. Tungod sa presensya sa powder splashing ug erosion zones, ang tinuod nga gibag-on sa powder layer mas taas kaysa sa teoretikal nga gilauman. Ikaduha, ang steam column hinungdan sa pangunang backward jet splashes. Ang metal vapor mobangga sa likod nga bungbong aron maporma ang mga splashes, nga gi-spray sa atubangan nga bungbong nga patindog sa concave area sa tinunaw nga pool (sama sa gipakita sa Figure 3). Tungod sa komplikado nga interaksyon tali sa laser beam ug mga splashes, ang mga ejected splashes mahimong seryoso nga makaapekto sa kalidad sa pag-imprinta sa sunod nga mga layer sa pulbos. Dugang pa, ang pagporma sa mga keyhole sa melt pool seryoso usab nga makaapekto sa kalidad sa mga giimprinta nga mga bahin. Ang mga lungag sa sulod sa giimprinta nga piraso kasagaran gipahinabo sa dili lig-on nga mga lungag sa pagkandado.

Ang mekanismo sa pagporma sa mga depekto sa teknolohiya sa pagporma sa beam

Ang teknolohiya sa beam shaping makab-ot ang pag-uswag sa performance sa daghang dimensyon sa samang higayon, nga lahi sa Gaussian beams nga nagpauswag sa performance sa usa ka dimensyon apan wala nay lain. Ang teknolohiya sa beam shaping makahimo sa pag-adjust sa temperatura ug flow characteristics sa melt pool. Pinaagi sa pagkontrol sa distribution sa laser energy, usa ka medyo lig-on nga molten pool nga adunay gamay nga temperature gradient ang makuha. Ang angay nga laser energy distribution mapuslanon sa pagpugong sa porosity ug sputtering defects, ug pagpaayo sa kalidad sa laser printing sa mga metal nga parte. Makab-ot niini ang lain-laing mga kalamboan sa production efficiency ug powder utilization. Sa samang higayon, ang teknolohiya sa beam shaping naghatag kanato og dugang nga processing strategies, nga dako og ikatabang sa kagawasan sa process design, nga usa ka rebolusyonaryong pag-uswag sa laser additive manufacturing technology.