فناوری ذوب لیزر انتخابی (SLM) به عنوان یک روش تولید افزودنی انقلابی ظاهر شده است و باعث می شود تولید قطعات فلزی پیچیده و با کیفیت با خصوصیات مکانیکی عالی امکان پذیر شود. در قلب این فناوری ، لیزر قرار دارد که نقش چند جانبه ای و اساسی ایفا می کند. من به عنوان یک تأمین کننده فناوری SLM ، من از دست اول شاهد اهمیت لیزرها در این زمینه برش هستم.
1. اصول فناوری SLM
قبل از بررسی نقش لیزرها ، درک اصول اساسی فناوری SLM ضروری است. SLM یک فرآیند تولید افزودنی است که سه لایه اشیاء بعدی را بر اساس لایه می سازد. این کار با یک لایه نازک از پودر فلزی به طور مساوی در یک سکوی ساخت شروع می شود. سپس لیزر مطابق با یک مدل دیجیتال ، پودر را در مناطق خاص ذوب می کند و آن را به شکل مورد نظر تقویت می کند. پس از اتمام یک لایه ، پلت فرم ساخت پایین می آید ، یک لایه جدید پودر اعمال می شود و فرایند تا زمان شکل گیری کل شیء تکرار می شود.
2. لیزر به عنوان منبع انرژی
اساسی ترین نقش لیزر در فناوری SLM به عنوان منبع انرژی است. پرتو لیزر انرژی با شدت زیاد مورد نیاز برای ذوب پودر فلزی را فراهم می کند. فلزات مختلف دارای نقاط ذوب متفاوت هستند و لیزر باید بتواند انرژی کافی برای دستیابی و فراتر از این نقاط ذوب داشته باشد. به عنوان مثال ، آلیاژهای تیتانیوم ، که به طور گسترده در کاربردهای هوافضا و پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند ، دارای نقاط ذوب نسبتاً بالایی (در حدود 1668 درجه سانتیگراد) هستند. برای اطمینان از ذوب شدن کامل پودر تیتانیوم ، لیزر قدرت بالا لازم است و در نتیجه قسمت متراکم و نقصی ایجاد می شود.
چگالی انرژی پرتو لیزر یک پارامتر مهم است. این به عنوان قدرت لیزر تقسیم شده توسط ناحیه لیزر در بستر پودر تعریف شده است. چگالی انرژی مناسب برای دستیابی به ذوب و پیوند مناسب بین ذرات پودر ضروری است. اگر چگالی انرژی خیلی کم باشد ، ممکن است پودر کاملاً ذوب نشود و منجر به تخلخل و خاصیت مکانیکی ضعیف در قسمت نهایی شود. از طرف دیگر ، اگر چگالی انرژی خیلی زیاد باشد ، می تواند باعث ذوب شدن ، توپ زدن (تشکیل توپ های کروی از فلز مذاب به جای یک لایه مداوم) و تحریف قسمت شود.
3. اسکن دقیق و تولید الگوی
لیزرهای موجود در سیستم های SLM مجهز به آینه های اسکن هستند که دقیقاً می توانند حرکت پرتو لیزر را در بستر پودر کنترل کنند. این امر امکان ایجاد هندسه های پیچیده و جزئیات دقیق در قسمت های چاپی را فراهم می کند. مدل دیجیتالی جسم به لایه های نازک بریده می شود و سیستم اسکن لیزر را راهنمایی می کند تا شکل هر لایه را روی بستر پودر ردیابی کند.
سرعت و مسیر اسکن همچنین تأثیر قابل توجهی در کیفیت قسمت چاپی دارد. سرعت اسکن کندتر به طور کلی امکان سپردن انرژی بیشتر در واحد منطقه را فراهم می کند که می تواند ذوب و پیوند پودر را بهبود بخشد. با این حال ، این همچنین زمان ساخت را افزایش می دهد. مسیر اسکن باید با دقت برنامه ریزی شود تا از گرمایش و خنک کننده یکنواخت پودر اطمینان حاصل شود ، خطر فشارهای حرارتی و پیچ و تاب را کاهش می دهد. به عنوان مثال ، می توان از یک الگوی اسکن پر پیچ و خم یا شطرنجی استفاده کرد ، اما جهت و همپوشانی خطوط اسکن نیاز به بهینه سازی دارد.
4. تعامل مواد و کنترل ریزساختار
تعامل بین لیزر و پودر فلزی در طی فرآیند ذوب ، ریزساختار قسمت چاپی را تحت تأثیر قرار می دهد. هنگامی که لیزر پودر را ذوب می کند ، جامد سازی سریع به دلیل میزان خنک کننده زیاد رخ می دهد. این جامد سازی سریع می تواند منجر به ریزساختارهای ریز دانه شود ، که اغلب منجر به بهبود خصوصیات مکانیکی مانند استحکام و سختی بالاتر می شود.
پارامترهای لیزر را می توان برای کنترل فرآیند جامد سازی تنظیم کرد. به عنوان مثال ، با تغییر قدرت لیزر ، سرعت اسکن و مدت زمان پالس ، می توان میزان خنک کننده را اصلاح کرد. نرخ خنک کننده کندتر ممکن است رشد دانه های بزرگتر را تقویت کند ، که می تواند در برخی از برنامه ها که در آن انعطاف پذیری از اهمیت بیشتری برخوردار است ، سودمند باشد. در مقابل ، سرعت خنک کننده سریعتر می تواند ریزساختار ریز و درشت تر ، تقویت قدرت و مقاومت در برابر سایش را ایجاد کند.
5. مقایسه با سایر فن آوری های تولید افزودنی
در مقایسه با سایر فن آوری های تولید افزودنی مانندفناوری DLPبافناوری SLSوتفناوری FDM، نقش لیزرها در SLM مشخص است.
- فناوری DLP: DLP (پردازش نور دیجیتال) فناوری از یک پروژکتور نور دیجیتال برای درمان لایه فوتوپلیمرهای مایع بر اساس لایه استفاده می کند. به جای لیزر ، برای فرآیند پخت به پیش بینی نور متکی است. این فناوری عمدتاً برای تولید قطعات پلاستیکی با سطح سطح بالا و وضوح نسبتاً بالا استفاده می شود. در مقابل ، SLM از لیزرها برای ذوب شدن پودرهای فلزی استفاده می کند و باعث تولید قطعات فلزی قوی و بادوام می شود.
- فناوری SLS: SLS (لیزر انتخابی) نیز از لیزر استفاده می کند ، اما ذرات پودر را به جای ذوب شدن کامل ، به هم می ریزد. SLS معمولاً برای مواد پلیمری و سرامیکی استفاده می شود. لیزر در SLS انرژی کافی برای پیوند ذرات پودر در نقاط تماس با آنها فراهم می کند ، در حالی که در SLM ، پودر کاملاً ذوب می شود. این تفاوت باعث می شود قطعات SLM دارای چگالی بالاتر و خصوصیات مکانیکی بهتر در مقایسه با قطعات SLS باشد.
- فناوری FDM: FDM (مدل سازی رسوب ذوب شده) با اکسترود کردن یک رشته ترموپلاستیک از طریق نازل گرم شده و رسوب آن لایه به لایه کار می کند. به هیچ وجه از لیزر استفاده نمی کند. FDM یک فناوری با هزینه تر و در دسترس تر برای تولید نمونه های اولیه پلاستیکی و قطعات ساده است. SLM ، با فرآیند ذوب مبتنی بر لیزر ، قادر به ایجاد قطعات فلزی پیچیده تر و با کارایی بالا است.
6. تضمین کیفیت و نظارت
از لیزرهای موجود در سیستم های SLM نیز می توان برای اهداف تضمین کیفیت و نظارت استفاده کرد. برخی از دستگاه های SLM پیشرفته مجهز به سیستم های نظارت بر فرآیند هستند که از خود لیزر یا سنسورهای اضافی برای تشخیص نقص در طی فرآیند چاپ استفاده می کنند. به عنوان مثال ، از لیزر می توان برای اندازه گیری ارتفاع بستر پودر قبل و بعد از ذوب برای تشخیص هرگونه ناهموار یا عدم پوشش پودر استفاده کرد.
با تجزیه و تحلیل بازتاب یا جذب نور لیزر در طی فرآیند ذوب ، می توان نقص هایی مانند تخلخل ، ترک یا ذوب ناقص را تشخیص داد. این نظارت بر زمان واقعی اجازه می دهد تا تنظیمات فوری در پارامترهای چاپ انجام شود و از تولید قطعات با کیفیت بالا اطمینان حاصل شود.
7. چالش ها و تحولات آینده
با وجود مزایای بسیاری از لیزرها در فناوری SLM ، هنوز هم چالش هایی وجود دارد. یکی از اصلی ترین چالش ها ، هزینه بالای لیزرهای با قدرت بالا و نگهداری مرتبط است. علاوه بر این ، پیچیدگی کنترل پارامترهای لیزر برای دستیابی به نتایج بهینه نیاز به اپراتورهای ماهر و سیستم های کنترل پیشرفته دارد.
در آینده می توان انتظار داشت که شاهد پیشرفت های بیشتر در فناوری لیزر برای SLM باشیم. انواع جدید لیزر با راندمان بالاتر ، کیفیت پرتو بهتر و کنترل دقیق تر توسعه می یابد. این پیشرفت ها منجر به سرعت چاپ سریعتر ، بهبود کیفیت قسمت و امکان پردازش طیف گسترده تری از مواد خواهد شد.
ما به عنوان تأمین کننده فناوری SLM ، ما دائماً با بهینه سازی فرآیندهای مرتبط با لیزر در حال افزایش عملکرد سیستم های خود هستیم. ما آموزش و پشتیبانی کاملی را از مشتریان خود ارائه می دهیم تا به آنها کمک کنیم تا از فناوری SLM مبتنی بر لیزر استفاده کنند.
اگر شما علاقه مند به بررسی پتانسیل فناوری SLM برای نیازهای تولید خود هستید ، ما از شما دعوت می کنیم تا برای یک بحث دقیق با ما تماس بگیرید. تیم متخصصان ما آماده هستند تا راه حل های سفارشی را برای شما فراهم کنند و به شما در دستیابی به اهداف تولید خود کمک کنند.
منابع
- Gibson ، I. ، Rosen ، DW ، & Stucker ، B. (2010). فن آوری های تولید افزودنی: نمونه سازی سریع برای تولید دیجیتال مستقیم. رسانه های علمی و تجاری Springer.
- Kruth ، J. - P. ، Leu ، MC ، & Nakagawa ، T. (2007). پیشرفت در تولید افزودنی و نمونه سازی سریع. Annals CIRP - فناوری تولید ، 56 (2) ، 525 - 546.
- Yadroitsev ، I. ، & Bertrand ، P. (2008). تجزیه و تحلیل پارامترهای فرآیند ذوب لیزر انتخابی برای آلیاژ TI6AL4V. مواد و طراحی ، 29 (4) ، 826 - 831.