Лазерлік қоспаларды өндіру (AM) технологиясы жоғары өндірістік дәлдік, күшті икемділік және автоматтандырудың жоғары дәрежесі артықшылықтарымен автомобиль, медицина, аэроғарыш және т.б. салаларда (мысалы, ракета сияқты) негізгі компоненттерді өндіруде кеңінен қолданылады. жанармай саптамалары, спутниктік антенна кронштейндері, адам импланттары және т.б.). Бұл технология материал құрылымы мен өнімділігін біріктірілген өндіру арқылы басып шығарылған бөлшектердің біріктірілген өнімділігін айтарлықтай жақсарта алады. Қазіргі уақытта лазерлік қоспаларды өндіру технологиясы әдетте жоғары орталық және төменгі жиекті энергияның таралуы бар бағытталған Гаусс сәулесін қабылдайды. Дегенмен, ол көбінесе балқымада жоғары термиялық градиенттерді тудырады, бұл кейіннен кеуектер мен ірі түйіршіктердің пайда болуына әкеледі. Сәулені кескіндеу технологиясы - лазер сәулесінің энергиясын бөлуді реттеу арқылы басып шығару тиімділігі мен сапасын жақсартатын осы мәселені шешудің жаңа әдісі.
Дәстүрлі шегеру және баламалы өндіріспен салыстырғанда, металл қоспаларын өндіру технологиясы қысқа өндірістік цикл уақыты, жоғары өңдеу дәлдігі, жоғары материалды пайдалану жылдамдығы және бөлшектердің жақсы жалпы өнімділігі сияқты артықшылықтарға ие. Сондықтан металл қоспаларын өндіру технологиясы аэроғарыш, қару-жарақ пен жабдықтар, атом энергетикасы, биофармацевтика және автомобильдер сияқты салаларда кеңінен қолданылады. Дискретті қабаттастыру принципіне сүйене отырып, металл қоспасын өндіру ұнтақты немесе сымды балқыту үшін энергия көзін (мысалы, лазер, доға немесе электронды сәуле) пайдаланады, содан кейін мақсатты компонентті өндіру үшін оларды қабат-қабат жинайды. Бұл технология шағын партияларды, күрделі құрылымдарды немесе жекелендірілген бөлшектерді өндіруде айтарлықтай артықшылықтарға ие. Дәстүрлі әдістерді қолдана отырып өңдеуге болмайтын немесе өңдеу қиын материалдар да қоспаларды өндіру әдістерімен дайындауға жарамды. Жоғарыда аталған артықшылықтарға байланысты аддитивті өндіріс технологиясы отандық және халықаралық ғалымдардың кеңінен назарын аударды. Соңғы бірнеше онжылдықта аддитивті өндіріс технологиясы жылдам прогреске қол жеткізді. Лазерлік қоспаларды өндіруге арналған жабдықтың автоматтандырылуы мен икемділігіне, сондай-ақ жоғары лазерлік энергия тығыздығының және өңдеудің жоғары дәлдігінің жан-жақты артықшылықтарына байланысты лазерлік қоспаларды өндіру технологиясы жоғарыда аталған үш металл қоспаларын өндіру технологиясының ішінде ең жылдам дамыды.
Лазерлік металл қоспаларын өндіру технологиясын одан әрі LPBF және DED деп бөлуге болады. 1-суретте LPBF және DED процестерінің типтік схемалық диаграммасы көрсетілген. Таңдамалы лазерлік балқыту (SLM) деп те аталатын LPBF процесі ұнтақ қабатының бетіндегі бекітілген жол бойымен жоғары энергиялы лазер сәулелерін сканерлеу арқылы күрделі металл компоненттерін жасай алады. Содан кейін ұнтақ қабат-қабат ериді және қатайтады. DED процесі негізінен екі басып шығару процесін қамтиды: лазермен балқытуды тұндыру және лазерлік сымдарды беру қоспаларын өндіру. Бұл технологияның екеуі де металл ұнтағын немесе сымды синхронды беру арқылы металл бөлшектерді тікелей өндіріп, жөндей алады. LPBF-мен салыстырғанда, ЖСҚ жоғары өнімділікке және үлкен өндіріс алаңына ие. Сонымен қатар, бұл әдіс композициялық материалдарды және функционалды түрде жіктелген материалдарды ыңғайлы түрде дайындай алады. Дегенмен, ЖСҚ басып шығаратын бөлшектердің бетінің сапасы әрқашан нашар және мақсатты компоненттің өлшемдік дәлдігін жақсарту үшін кейінгі өңдеу қажет.
Ағымдағы лазерлік қоспаларды өндіру процесінде фокусталған Гаусс сәулесі әдетте энергия көзі болып табылады. Дегенмен, энергияның ерекше таралуына байланысты (жоғары орталық, төменгі жиек) ол жоғары термиялық градиенттерді және балқыма бассейнінің тұрақсыздығын тудыруы мүмкін. Нәтижесінде басып шығарылатын бөліктердің сапасы нашар қалыптасады. Сонымен қатар, егер балқытылған бассейннің орталық температурасы тым жоғары болса, ол балқу температурасы төмен металл элементтерінің булануын тудырады, бұл LBPF процесінің тұрақсыздығын одан әрі күшейтеді. Сондықтан кеуектіліктің жоғарылауымен басылған бөлшектердің механикалық қасиеттері мен шаршау мерзімі айтарлықтай төмендейді. Гаусс сәулелерінің энергияның біркелкі таралуы да лазерлік энергияны пайдалану тиімділігінің төмендігіне және энергияның шамадан тыс ысырап болуына әкеледі. Жақсырақ басып шығару сапасына қол жеткізу үшін ғалымдар энергияны енгізу мүмкіндігін бақылау үшін лазер қуаты, сканерлеу жылдамдығы, ұнтақ қабатының қалыңдығы және сканерлеу стратегиясы сияқты процесс параметрлерін өзгерту арқылы Гаусс сәулелерінің ақауларының орнын толтыруды зерттей бастады. Бұл әдістің өте тар өңдеу терезесіне байланысты бекітілген физикалық шектеулер одан әрі оңтайландыру мүмкіндігін шектейді. Мысалы, лазер қуатын және сканерлеу жылдамдығын арттыру жоғары өндіріс тиімділігіне қол жеткізуі мүмкін, бірақ көбінесе басып шығару сапасын жоғалту құнына әкеледі. Соңғы жылдары сәулені қалыптастыру стратегиялары арқылы лазерлік энергияның таралуын өзгерту өндіріс тиімділігін және басып шығару сапасын айтарлықтай жақсарта алады, бұл лазерлік қоспаларды өндіру технологиясының болашақ даму бағыты болуы мүмкін. Сәулелерді кескіндеу технологиясы әдетте қажетті қарқындылықтың таралуы мен таралу сипаттамаларын алу үшін кіріс сәулесінің толқындық бетінің таралуын реттеуді білдіреді. Металл қоспаларын өндіру технологиясында арқалық пішіндеу технологиясын қолдану 2-суретте көрсетілген.
Лазерлік қоспалар өндірісінде сәулені пішіндеу технологиясын қолдану
Дәстүрлі Гаусс сәулелік баспасының кемшіліктері
Металл лазерлік қоспаларды өндіру технологиясында лазер сәулесінің энергиясын бөлу басып шығарылатын бөлшектердің сапасына айтарлықтай әсер етеді. Гаусс сәулелері металл лазерлік қоспаларды өндіруге арналған жабдықта кеңінен қолданылғанымен, олар басып шығару сапасының тұрақсыздығы, энергияның төмен пайдаланылуы және аддитивтерді өндіру процесінде тар технологиялық терезелер сияқты елеулі кемшіліктерге ұшырайды. Олардың ішінде ұнтақтың балқу процесі және металды лазерлік қоспалау процесі кезіндегі балқыған бассейннің динамикасы ұнтақ қабатының қалыңдығымен тығыз байланысты. Ұнтақтың шашырауы мен эрозия аймақтарының болуына байланысты ұнтақ қабатының нақты қалыңдығы теориялық күткеннен жоғары. Екіншіден, бу бағанасы негізгі кері ағынның шашырауын тудырды. Металл буы артқы қабырғамен соқтығысып, шашыраңқылар пайда болады, олар балқытылған бассейннің ойыс аймағына перпендикуляр алдыңғы қабырға бойымен шашырайды (3-суретте көрсетілгендей). Лазер сәулесі мен шашырандылар арасындағы күрделі әрекеттестікке байланысты шығарылған шашыраулар кейінгі ұнтақ қабаттарының басып шығару сапасына елеулі әсер етуі мүмкін. Сонымен қатар, балқыма бассейнінде кілт саңылауларының пайда болуы басылған бөлшектердің сапасына айтарлықтай әсер етеді. Басылған бөліктің ішкі кеуектері негізінен тұрақсыз құлыптау тесіктерінен туындайды.
Арқалықты пішіндеу технологиясында ақаулардың пайда болу механизмі
Арқалық пішіндеу технологиясы бір уақытта бірнеше өлшемдерде өнімділікті жақсартуға қол жеткізе алады, бұл басқа өлшемдерді құрбан ету есебінен бір өлшемдегі өнімділікті жақсартатын Гаусс сәулелерінен ерекшеленеді. Арқалықты пішіндеу технологиясы балқыма бассейнінің температураның таралуы мен ағынының сипаттамаларын дәл реттей алады. Лазерлік энергияның таралуын бақылау арқылы температура градиенті шамалы салыстырмалы түрде тұрақты балқыған бассейн алынады. Сәйкес лазер энергиясын бөлу кеуектілік пен шашырау ақауларын басу және металл бөлшектерге лазерлік басып шығару сапасын жақсарту үшін тиімді. Ол өндіріс тиімділігі мен ұнтақты пайдаланудың әртүрлі жақсартуларына қол жеткізе алады. Сонымен қатар, сәулені қалыптастыру технологиясы бізге көбірек өңдеу стратегияларын ұсынады, бұл лазерлік қоспаларды өндіру технологиясындағы революциялық прогресс болып табылатын технологиялық дизайн еркіндігін айтарлықтай босатады.
Хабарлама уақыты: 28 ақпан 2024 ж
