3Д ласерско штампање металног принципа

Технологија 3Д ласерског штампања метала, кључна грана адитивне производње, ослања се на прецизно контролисане високо{1}}ласерске зраке високе енергије за топљење и учвршћивање металних материјала слој по слој, стварајући на крају тродимензионални чврсти део-. Ова технологија раскида са "субтрактивном" логиком традиционалне производње, уместо тога омогућава директну производњу сложених структура кроз "адитивни" приступ. Он оличава софистицирану интеграцију науке о материјалима и оптичке технологије.

Цео процес почиње сечењем дигиталног модела. Компјутер разлаже 3Д дизајн на серију 2Д података о попречним-пресецима, који воде сваки слој 3Д штампача. На почетку штампања, механизам за распршивање праха унутар машине наноси равномеран слој металног праха на радни сто. Дебљина праха се обично креће од десетина до стотина микрона, прилагођена на основу захтеване прецизности дела. Затим, ласерски сноп високе{8}}е енергије селективно скенира површину праха на основу података-попречног пресека тренутног слоја. Где год ласер удари, метални прах апсорбује енергију и брзо се загрева изнад тачке топљења, формирајући сићушну истопљену базену.

Интеракција између ласера ​​и металног праха је кључна за овај процес. Густина енергије ласера ​​мора бити прецизно контролисана да би се обезбедило потпуно топљење праха како би се гарантовао висок-квалитетни материјал, а такође се избегава претерана енергија која би могла да изазове испаравање или прскање материјала. Након што ласерски зрак заврши скенирање дуж унапред-подешене путање, растопљени базен се хлади и учвршћује у веома кратком временском периоду, формирајући чврст метални слој који је у складу са обликом попречног пресека-слоја. Радни сто се затим спушта на дебљину слоја, а уређај за{6}}полагање праха наноси нови слој праха. Ласерски зрак затим скенира следећу област попречног пресека, где се новоформирани метални слој чврсто везује за претходни слој. Овај циклус се понавља док се цео процес 3Д штампања не заврши.

Квалитет међуслојне везе директно утиче на укупне перформансе дела. Током процеса ласерског скенирања, новоотопљени метал не само да се стапа са прахом тренутног слоја, већ формира металуршку везу са очврслим металом испод. Ово захтева енергију ласера ​​да умерено загреје површину доњег металног слоја, омогућавајући атомски-дифузију између њега и тек истопљеног базена. Ова међуслојна металуршка веза, која се разликује од једноставне физичке акумулације, представља основу за механичка својства дела и кључни доприноси високој чврстоћи металних делова одштампаних 3Д ласером{5}}.

Да би се обезбедио стабилан процес металне 3Д штампања, цео систем мора да ради у строго контролисаном окружењу. Већина металних материјала лако реагује са кисеоником и азотом у ваздуху на високим температурама, формирајући оксидоване нечистоће или крхка једињења која утичу на квалитет делова. Због тога су коморе за 3Д штампање обично напуњене инертним гасом (као што је аргон) како би ниво кисеоника био изузетно низак. Неки{5}}опрема за штампање високе прецизности чак користи и вакуумско окружење да би потпуно елиминисала сметње гаса.

Параметри ласера ​​као што су пречник тачке, брзина скенирања и густина снаге морају бити прилагођени карактеристикама металног материјала. На пример, легуре са вишим тачкама топљења захтевају већу снагу ласера, док материјали са добром топлотном проводљивошћу захтевају прилагођену путању скенирања како би се спречио превелики губитак топлоте. Оптимизација ових параметара може смањити дефекте као што су поре и пукотине током 3Д штампања, побољшавајући густину делова и структурну униформност.

Након 3Д штампања, неотопљени прах се често лепи на површину дела, што захтева чишћење. Делови који захтевају високу прецизност могу захтевати накнадну топлотну обраду или машинску обраду да би се елиминисала унутрашња напрезања и побољшала храпавост површине. Међутим, у поређењу са традиционалном производњом, 3Д ласерско штампање елиминише израду калупа и вишеструке кораке обраде, чинећи прелазак са дигиталног модела на физички део директнијим. Овај ласерски{5}}адитивни принцип производње омогућава дизајн са сложеним шупљинама и шупљим структурама, што је тешко постићи традиционалним методама. Прецизна управљивост ласерског зрака обезбеђује тачност сваког слоја, док метода акумулације слој{7}}по-слој пружа изузетну флексибилност у процесу производње. Са развојем технологије, стабилност снаге ласерског извора, уједначеност материјала у праху и алгоритми оптимизације за путању скенирања су наставили да се побољшавају, додатно промовишући практичну примену технологије 3Д ласерског штампања метала у индустријском пољу.