Selective Laser Melting (SLM) -teknologi har framkommit som en revolutionerande tillsatsstillverkningsteknik, vilket möjliggör produktion av komplexa metalldelar av hög kvalitet med utmärkta mekaniska egenskaper. I hjärtat av denna teknik ligger lasern, som spelar en mångfacetterad och avgörande roll. Som leverantör av SLM -teknik har jag bevittnat första hand betydelsen av lasrar i detta skärande fält.
1. Grunderna för SLM -teknik
Innan lasrarnas roll deltar är det viktigt att förstå de grundläggande principerna för SLM -teknik. SLM är en additiv tillverkningsprocess som bygger tre dimensionella föremål lager för lager. Det börjar med ett tunt lager metallpulver spridda jämnt över en byggplattform. Lasern smälter sedan selektivt pulvret i specifika områden enligt en digital modell och stärker det i önskad form. När ett lager är klart sänker byggplattformen, ett nytt pulverlager appliceras och processen upprepas tills hela objektet bildas.
2. Laser som energikälla
Laserens mest grundläggande roll i SLM -tekniken är som en energikälla. Laserstrålen ger den höga intensitetsenergin som krävs för att smälta metallpulvret. Olika metaller har olika smältpunkter, och lasern måste kunna leverera tillräcklig energi för att nå och överskrida dessa smältpunkter. Till exempel har titanlegeringar, som används allmänt inom flyg- och medicinska tillämpningar, relativt höga smältpunkter (cirka 1668 ° C). En laser med hög kraft behövs för att säkerställa fullständig smältning av titanpulvret, vilket resulterar i en tät och defekt - fri del.
Laserstrålens energitäthet är en kritisk parameter. Det definieras som kraften hos lasern dividerat med laserfläckens yta på pulverbädden. En korrekt energitäthet är nödvändig för att uppnå god smältning och bindning mellan pulverpartiklar. Om energitätheten är för låg kan pulvret inte smälta helt, vilket leder till porositet och svaga mekaniska egenskaper i den sista delen. Å andra sidan, om energitätheten är för hög, kan den orsaka - smältning, ballning (bildning av sfäriska bollar av smält metall istället för ett kontinuerligt skikt) och snedvridning av delen.
3. Precisionsskanning och mönstergenerering
Lasrar i SLM -system är utrustade med skanningsspeglar som exakt kan kontrollera rörelsens rörelse över pulverbädden. Detta möjliggör skapandet av komplexa geometrier och fina detaljer i de tryckta delarna. Objektets digitala modell skivas i tunna lager, och skanningssystemet leder lasern för att spåra formen på varje lager på pulverbädden.
Skanningshastigheten och banan har också en betydande inverkan på kvaliteten på den tryckta delen. En långsammare skanningshastighet gör det i allmänhet att mer energi kan deponeras per enhetsarea, vilket kan förbättra smältningen och bindningen av pulvret. Men det ökar också byggtiden. Skanningsvägen bör planeras noggrant för att säkerställa enhetlig uppvärmning och kylning av pulvret, vilket minskar risken för termiska spänningar och vridning. Till exempel kan ett slingrande eller rasterskanningsmönster användas, men riktningen och överlappningen av skanningslinjerna måste optimeras.
4. Materialinteraktion och mikrostrukturkontroll
Interaktionen mellan lasern och metallpulvret under smältprocessen påverkar mikrostrukturen hos den tryckta delen. När lasern smälter pulvret inträffar snabb stelning på grund av de höga kylningshastigheterna. Denna snabba stelning kan resultera i finkorniga mikrostrukturer, vilket ofta leder till förbättrade mekaniska egenskaper såsom högre styrka och hårdhet.
Laserparametrarna kan justeras för att kontrollera stelningsprocessen. Genom att ändra laserkraften, skanningshastigheten och pulsvaraktigheten kan till exempel kylningshastigheten modifieras. En långsammare kylningshastighet kan främja tillväxten av större korn, vilket kan vara fördelaktigt i vissa applikationer där duktilitet är viktigare. Däremot kan en snabbare kylningshastighet ge en finare - kornig mikrostruktur, vilket förbättrar styrka och slitmotstånd.
5. Jämförelse med andra tillsatsstillverkningstekniker
Jämfört med andra tillsatsstillverkningsteknologier somDLP -teknik,SLS -teknikochFDM -teknikLasers roll i SLM är distinkt.
- DLP -teknik: DLP (Digital Light Processing) Teknik använder en digital ljusprojektor för att bota flytande fotopolymerer lager för lager. I stället för en laser förlitar den sig på lätt projektion för härdningsprocessen. Denna teknik används huvudsakligen för att producera plastdelar med hög ytfinish och relativt hög upplösning. Däremot använder SLM lasrar för att smälta metallpulver, vilket möjliggör produktion av starka och hållbara metalldelar.
- SLS -teknik: SLS (selektiv lasersintring) använder också en laser, men det sjunker pulverpartiklarna snarare än att helt smälta dem. SLS används ofta för polymer och keramiska material. Lasern i SLS ger tillräckligt med energi för att binda pulverpartiklarna vid sina kontaktpunkter, medan i SLM är pulvret helt smält. Denna skillnad resulterar i att SLM -delar med högre densitet och bättre mekaniska egenskaper jämfört med SLS -delar.
- FDM -teknik: FDM (fused deponeringsmodellering) fungerar genom att extrudera ett termoplastiskt filament genom ett uppvärmt munstycke och avsätta det lager för lager. Den använder inte en laser alls. FDM är en mer kostnad - effektiv och tillgänglig teknik för att producera plastprototyper och enkla delar. SLM, med sin laserbaserade smältprocess, kan skapa mer komplexa och högpresterande metalldelar.
6. Kvalitetssäkring och övervakning
Lasrar i SLM -system kan också användas för kvalitetssäkring och övervakningsändamål. Vissa avancerade SLM -maskiner är utrustade med i - Processövervakningssystem som använder själva lasern eller ytterligare sensorer för att upptäcka defekter under utskriftsprocessen. Till exempel kan lasern användas för att mäta höjden på pulverbädden före och efter smältning för att upptäcka ojämnhet eller brist på pulvertäckning.
Genom att analysera reflektionen eller absorptionen av laserljuset under smältprocessen är det möjligt att upptäcka defekter som porositet, sprickor eller ofullständig smältning. Denna verkliga tidsövervakning gör det möjligt att göra omedelbara justeringar av utskriftsparametrarna, vilket säkerställer produktion av delar av hög kvalitet.
7. Utmaningar och framtida utveckling
Trots de många fördelarna med lasrar inom SLM -teknik finns det fortfarande några utmaningar. En av de viktigaste utmaningarna är de höga kostnaderna för höga kraftlasrar och tillhörande underhåll. Dessutom kräver komplexiteten i att kontrollera laserparametrarna för att uppnå optimala resultat skickliga operatörer och avancerade kontrollsystem.
I framtiden kan vi förvänta oss att se ytterligare förbättringar av laserteknologi för SLM. Nya typer av lasrar med högre effektivitet, bättre strålkvalitet och mer exakt kontroll kommer att utvecklas. Dessa framsteg kommer att leda till snabbare utskriftshastigheter, förbättrad delkvalitet och förmågan att bearbeta ett bredare utbud av material.
Som leverantör av SLM -teknik arbetar vi ständigt med att förbättra prestandan för våra system genom att optimera de laserrelaterade processerna. Vi erbjuder omfattande utbildning och support till våra kunder för att hjälpa dem att få ut det mesta av den laserbaserade SLM -tekniken.
Om du är intresserad av att utforska potentialen för SLM -teknik för dina tillverkningsbehov, inbjuder vi dig att kontakta oss för en detaljerad diskussion. Vårt team av experter är redo att ge dig anpassade lösningar och hjälpa dig att uppnå dina produktionsmål.
Referenser
- Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2010). Tillverkningstillverkningstekniker: Snabb prototyp för att rikta digital tillverkning. Springer Science & Business Media.
- Kruth, J. - P., Leu, MC, & Nakagawa, T. (2007). Framsteg inom tillsatsstillverkning och snabb prototyp. CIRP Annals - Tillverkningsteknik, 56 (2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., & Bertrand, P. (2008). Analys av selektiva lasersmältningsprocessparametrar för Ti6AL4V -legering. Material & Design, 29 (4), 826 - 831.