Лазерлік қоспа өндірісі (АМ) технологиясы жоғары өндірістік дәлдік, күшті икемділік және жоғары деңгейлі автоматтандыру артықшылықтарымен автомобиль, медициналық, аэроғарыш және т.б. салалардағы негізгі компоненттерді (мысалы, зымыран отынының форсункалары, спутниктік антенна кронштейндері, адам имплантаттары және т.б.) өндіруде кеңінен қолданылады. Бұл технология материалдың құрылымы мен өнімділігін интеграцияланған өндіру арқылы басылған бөлшектердің аралас өнімділігін айтарлықтай жақсарта алады. Қазіргі уақытта лазерлік қоспа өндірісі технологиясы әдетте жоғары орталық және төмен жиекті энергия таралуы бар фокусталған Гаусс сәулесін қабылдайды. Дегенмен, ол көбінесе балқымадағы жоғары жылу градиенттерін тудырады, бұл кейіннен кеуектер мен ірі түйіршіктердің пайда болуына әкеледі. Сәулені пішіндеу технологиясы - бұл мәселені шешудің жаңа әдісі, ол лазер сәулесінің энергиясын таратуды реттеу арқылы басып шығару тиімділігі мен сапасын жақсартады.
Дәстүрлі азайту және баламалы өндіріспен салыстырғанда, металл қоспаларын өндіру технологиясы өндіріс циклінің қысқа уақыты, жоғары өңдеу дәлдігі, жоғары материалды пайдалану жылдамдығы және бөлшектердің жалпы өнімділігі сияқты артықшылықтарға ие. Сондықтан, металл қоспаларын өндіру технологиясы аэроғарыш, қару-жарақ және жабдықтар, ядролық энергетика, биофармацевтика және автомобильдер сияқты салаларда кеңінен қолданылады. Дискретті қабаттастыру принципіне негізделген металл қоспаларын өндіру ұнтақты немесе сымды балқыту үшін энергия көзін (мысалы, лазер, доға немесе электрон сәулесі) пайдаланады, содан кейін мақсатты компонентті өндіру үшін оларды қабат-қабат қабаттайды. Бұл технологияның шағын партияларды, күрделі құрылымдарды немесе жеке бөлшектерді өндіруде айтарлықтай артықшылықтары бар. Дәстүрлі әдістерді қолдана отырып өңдеу мүмкін емес немесе қиын материалдар қоспаларды өндіру әдістерін қолдана отырып дайындауға да жарамды. Жоғарыда аталған артықшылықтарға байланысты қоспаларды өндіру технологиясы отандық және халықаралық ғалымдардың кең назарын аударды. Соңғы бірнеше онжылдықта қоспаларды өндіру технологиясы тез дамыды. Лазерлік қоспаларды өндіру жабдықтарын автоматтандыру мен икемділікке, сондай-ақ жоғары лазерлік энергия тығыздығы мен жоғары өңдеу дәлдігінің кешенді 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 схемасы көрсетілген. LPBF процесі, сондай-ақ селективті лазерлік балқыту (SLM) деп те аталады, ұнтақ қабатының бетіндегі бекітілген жол бойымен жоғары энергиялы лазер сәулелерін сканерлеу арқылы күрделі металл компоненттерін шығара алады. Содан кейін ұнтақ балқып, қабат-қабат қатаяды. DED процесі негізінен екі басып шығару процесін қамтиды: лазерлік балқыту тұндыру және лазерлік сыммен беру қоспасын өндіру. Бұл екі технология да металл ұнтағын немесе сыммен синхронды беру арқылы металл бөлшектерін тікелей өндіріп, жөндей алады. LPBF-пен салыстырғанда, DED өнімділігі жоғары және өндіріс алаңы үлкен. Сонымен қатар, бұл әдіс композиттік материалдарды және функционалды түрде сұрыпталған материалдарды ыңғайлы түрде дайындауға мүмкіндік береді. Дегенмен, DED арқылы басылған бөлшектердің беткі сапасы әрқашан нашар болады, және мақсатты компоненттің өлшемдік дәлдігін жақсарту үшін кейінгі өңдеу қажет.
Қазіргі лазерлік қоспа өндірісі процесінде фокусталған Гаусс сәулесі әдетте энергия көзі болып табылады. Дегенмен, оның бірегей энергия таралуына (жоғары орталық, төмен жиек) байланысты, бұл жоғары термиялық градиенттерге және балқыту бассейнінің тұрақсыздығына әкелуі мүмкін. Бұл басылған бөлшектердің нашар қалыптау сапасына әкеледі. Сонымен қатар, балқытылған бассейннің орталық температурасы тым жоғары болса, бұл төмен балқу температурасы бар металл элементтерінің булануына әкеліп соғады, бұл LBPF процесінің тұрақсыздығын одан әрі күшейтеді. Сондықтан, кеуектіліктің артуымен басылған бөлшектердің механикалық қасиеттері мен шаршау мерзімі айтарлықтай төмендейді. Гаусс сәулелерінің біркелкі емес энергия таралуы лазерлік энергияны пайдалану тиімділігінің төмендеуіне және энергияның шамадан тыс шығындалуына әкеледі. Басып шығару сапасын жақсарту үшін ғалымдар энергия кірісі мүмкіндігін бақылау үшін лазерлік қуат, сканерлеу жылдамдығы, ұнтақ қабатының қалыңдығы және сканерлеу стратегиясы сияқты процесс параметрлерін өзгерту арқылы Гаусс сәулелерінің ақауларын өтеуді зерттей бастады. Бұл әдістің өңдеу терезесі өте тар болғандықтан, бекітілген физикалық шектеулер одан әрі оңтайландыру мүмкіндігін шектейді. Мысалы, лазерлік қуатты және сканерлеу жылдамдығын арттыру жоғары өндірістік тиімділікке қол жеткізуге мүмкіндік береді, бірақ көбінесе басып шығару сапасынан бас тартуға тура келеді. Соңғы жылдары лазерлік энергияны сәулелік пішіндеу стратегиялары арқылы бөлуді өзгерту өндірістік тиімділік пен басып шығару сапасын айтарлықтай жақсарта алады, бұл лазерлік қоспа өндірісі технологиясының болашақ даму бағытына айналуы мүмкін. Сәулелік пішіндеу технологиясы әдетте қажетті қарқындылықтың таралуы мен таралу сипаттамаларын алу үшін кіріс сәулесінің толқындық фронтының таралуын реттеуді білдіреді. Металл қоспа өндірісі технологиясында сәулелік пішіндеу технологиясын қолдану 2-суретте көрсетілген.
Лазерлік қоспа өндірісінде сәулелік пішіндеу технологиясын қолдану
Дәстүрлі Гаусс сәулелік басып шығарудың кемшіліктері
Металл лазерлік қоспа өндірісі технологиясында лазер сәулесінің энергия таралуы басылған бөлшектердің сапасына айтарлықтай әсер етеді. Гаусс сәулелері металл лазерлік қоспа өндірісі жабдықтарында кеңінен қолданылғанымен, олар басып шығару сапасының тұрақсыздығы, энергияны аз пайдалану және қоспа өндірісі процесіндегі тар процесс терезелері сияқты елеулі кемшіліктерге ұшырайды. Олардың ішінде ұнтақтың балқу процесі және металл лазерлік қоспа процесі кезіндегі балқытылған бассейннің динамикасы ұнтақ қабатының қалыңдығымен тығыз байланысты. Ұнтақтың шашырау және эрозия аймақтарының болуына байланысты ұнтақ қабатының нақты қалыңдығы теориялық күткеннен жоғары. Екіншіден, бу бағанасы негізгі кері ағынды шашырауларды тудырды. Металл буы артқы қабырғамен соқтығысып, шашырауларды түзеді, олар балқытылған бассейннің ойыс аймағына перпендикуляр алдыңғы қабырға бойымен шашырайды (3-суретте көрсетілгендей). Лазер сәулесі мен шашыраулар арасындағы күрделі өзара әрекеттесуге байланысты шығарылған шашыраулар кейінгі ұнтақ қабаттарының басып шығару сапасына айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Сонымен қатар, балқытылған бассейнде кілт тесіктерінің пайда болуы басылған бөлшектердің сапасына да айтарлықтай әсер етеді. Басылған бұйымның ішкі тесіктері негізінен тұрақсыз бекітілетін тесіктерден туындайды.
Сәулелік пішіндеу технологиясындағы ақаулардың пайда болу механизмі
Сәулелік пішіндеу технологиясы бір уақытта бірнеше өлшемде өнімділікті жақсартуға қол жеткізе алады, бұл басқа өлшемдерден бас тарту есебінен бір өлшемдегі өнімділікті жақсартатын Гаусс сәулелерінен ерекшеленеді. Сәулелік пішіндеу технологиясы балқыту бассейнінің температуралық таралуын және ағын сипаттамаларын дәл реттей алады. Лазерлік энергияның таралуын басқару арқылы температура градиенті аз салыстырмалы түрде тұрақты балқытылған бассейн алынады. Лазерлік энергияның тиісті таралуы кеуектілікті және шашыраңқы ақауларды басу және металл бөлшектерге лазерлік басып шығару сапасын жақсарту үшін пайдалы. Ол өндіріс тиімділігі мен ұнтақты пайдалануда әртүрлі жақсартуларға қол жеткізе алады. Сонымен қатар, сәулелік пішіндеу технологиясы бізге көбірек өңдеу стратегияларын ұсынады, бұл лазерлік қоспа өндіріс технологиясындағы революциялық прогресс болып табылатын процесті жобалау еркіндігін айтарлықтай босатады.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 28 ақпан
