เทคโนโลยีเลเซอร์ Melting (SLM) ที่เลือกได้กลายเป็นเทคนิคการผลิตสารเติมแต่งที่ปฏิวัติวงการทำให้การผลิตชิ้นส่วนโลหะที่ซับซ้อนและมีคุณภาพสูงพร้อมคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม หัวใจของเทคโนโลยีนี้คือเลเซอร์ซึ่งมีบทบาทหลายแง่มุมและสำคัญ ในฐานะซัพพลายเออร์ของเทคโนโลยี SLM ฉันได้เห็นความสำคัญของเลเซอร์โดยตรงในสนามตัดขอบนี้
1. พื้นฐานของเทคโนโลยี SLM
ก่อนที่จะเจาะลึกบทบาทของเลเซอร์มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจหลักการพื้นฐานของเทคโนโลยี SLM SLM เป็นกระบวนการผลิตสารเติมแต่งที่สร้างชั้นวัตถุสามมิติโดยเลเยอร์ มันเริ่มต้นด้วยชั้นผงโลหะบาง ๆ ที่แพร่กระจายไปทั่วแพลตฟอร์มการสร้าง จากนั้นเลเซอร์จะละลายผงในพื้นที่เฉพาะตามแบบจำลองดิจิตอลทำให้มันเป็นรูปร่างที่ต้องการ เมื่อเลเยอร์เสร็จสิ้นแพลตฟอร์มบิลด์จะลดลงจะมีการใช้ผงชั้นใหม่และกระบวนการจะทำซ้ำจนกว่าวัตถุทั้งหมดจะเกิดขึ้น
2. เลเซอร์เป็นแหล่งพลังงาน
บทบาทพื้นฐานที่สุดของเลเซอร์ในเทคโนโลยี SLM คือแหล่งพลังงาน ลำแสงเลเซอร์ให้พลังงานความเข้มสูงที่จำเป็นในการละลายผงโลหะ โลหะที่แตกต่างกันมีจุดหลอมเหลวที่แตกต่างกันและเลเซอร์จะต้องมีความสามารถในการส่งมอบพลังงานที่เพียงพอในการเข้าถึงและเกินจุดหลอมละลายเหล่านี้ ตัวอย่างเช่นโลหะผสมไทเทเนียมซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินและอวกาศและการแพทย์มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างสูง (ประมาณ 1668 ° C) จำเป็นต้องใช้เลเซอร์พลังงานสูงเพื่อให้แน่ใจว่าการละลายของผงไทเทเนียมอย่างสมบูรณ์ทำให้เกิดความหนาแน่นและข้อบกพร่อง - ฟรี
ความหนาแน่นพลังงานของลำแสงเลเซอร์เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญ มันถูกกำหนดให้เป็นพลังของเลเซอร์หารด้วยพื้นที่ของจุดเลเซอร์บนเตียงผง ความหนาแน่นของพลังงานที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้เกิดการหลอมละลายและพันธะที่ดีระหว่างอนุภาคผง หากความหนาแน่นของพลังงานต่ำเกินไปผงอาจไม่ละลายอย่างสมบูรณ์นำไปสู่ความพรุนและคุณสมบัติเชิงกลที่อ่อนแอในส่วนสุดท้าย ในทางกลับกันหากความหนาแน่นของพลังงานสูงเกินไปมันอาจทำให้เกิดการหลอมละลายการบัลเล่ต์ (การก่อตัวของลูกบอลทรงกลมของโลหะหลอมเหลวแทนที่จะเป็นชั้นต่อเนื่อง) และการบิดเบือนของชิ้นส่วน
3. การสแกนที่แม่นยำและการสร้างรูปแบบ
เลเซอร์ในระบบ SLM นั้นมีกระจกสแกนที่สามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของลำแสงเลเซอร์ได้อย่างแม่นยำทั่วทั้งเตียงผง สิ่งนี้ช่วยให้การสร้างรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนและรายละเอียดที่ดีในชิ้นส่วนที่พิมพ์ออกมา แบบจำลองดิจิตอลของวัตถุถูกหั่นเป็นชั้นบาง ๆ และระบบสแกนจะนำเลเซอร์ไปตามรอยรูปร่างของแต่ละชั้นบนเตียงผง
ความเร็วและเส้นทางการสแกนยังมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณภาพของส่วนที่พิมพ์ โดยทั่วไปแล้วความเร็วในการสแกนที่ช้าลงจะช่วยให้พลังงานเพิ่มขึ้นต่อพื้นที่หน่วยซึ่งสามารถปรับปรุงการหลอมละลายและพันธะของผง อย่างไรก็ตามมันยังเพิ่มเวลาในการสร้าง ควรวางแผนเส้นทางการสแกนอย่างรอบคอบเพื่อให้แน่ใจว่าการทำความร้อนและความเย็นของผงอย่างสม่ำเสมอลดความเสี่ยงของความเครียดจากความร้อนและการแปรปรวน ตัวอย่างเช่นรูปแบบการสแกนคดเคี้ยวหรือแรสเตอร์สามารถใช้งานได้ แต่ทิศทางและการซ้อนทับของเส้นสแกนจะต้องปรับให้เหมาะสม
4. การโต้ตอบของวัสดุและการควบคุมโครงสร้างจุลภาค
การทำงานร่วมกันระหว่างเลเซอร์และผงโลหะในระหว่างกระบวนการหลอมละลายมีผลต่อโครงสร้างจุลภาคของชิ้นส่วนที่พิมพ์ออกมา เมื่อเลเซอร์ละลายผงการทำให้แข็งตัวอย่างรวดเร็วเกิดขึ้นเนื่องจากอัตราการระบายความร้อนสูง การแข็งตัวอย่างรวดเร็วนี้อาจส่งผลให้เกิดโครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดซึ่งมักจะนำไปสู่คุณสมบัติเชิงกลที่ดีขึ้นเช่นความแข็งแรงและความแข็งที่สูงขึ้น
พารามิเตอร์เลเซอร์สามารถปรับได้เพื่อควบคุมกระบวนการแข็งตัว ตัวอย่างเช่นโดยการเปลี่ยนพลังงานเลเซอร์ความเร็วการสแกนและระยะเวลาพัลส์อัตราการระบายความร้อนสามารถปรับเปลี่ยนได้ อัตราการระบายความร้อนที่ช้าลงอาจส่งเสริมการเติบโตของธัญพืชที่มีขนาดใหญ่ขึ้นซึ่งอาจเป็นประโยชน์ในบางแอปพลิเคชันที่ความเหนียวนั้นสำคัญกว่า ในทางตรงกันข้ามอัตราการระบายความร้อนที่เร็วขึ้นสามารถสร้างโครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดยิ่งขึ้นเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานการสึกหรอ
5. เปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่งอื่น ๆ
เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่งอื่น ๆ เช่นเทคโนโลยี DLP-เทคโนโลยี SLS, และเทคโนโลยี FDMบทบาทของเลเซอร์ใน SLM นั้นแตกต่างกัน
- เทคโนโลยี DLP: เทคโนโลยี DLP (การประมวลผลแสงดิจิตอล) ใช้โปรเจ็กเตอร์แสงดิจิตอลเพื่อรักษาเลเยอร์โฟโตเมอร์ของเหลวโดยเลเยอร์ แทนที่จะเป็นเลเซอร์มันขึ้นอยู่กับการฉายแสงสำหรับกระบวนการบ่ม เทคโนโลยีนี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับผลิตชิ้นส่วนพลาสติกที่มีพื้นผิวสูงและความละเอียดค่อนข้างสูง ในทางตรงกันข้าม SLM ใช้เลเซอร์เพื่อละลายผงโลหะทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนโลหะที่แข็งแรงและทนทานได้
- เทคโนโลยี SLS: SLS (การเผาเลเซอร์แบบเลือก) ยังใช้เลเซอร์ด้วย แต่มันก็ทำให้อนุภาคผงเข้าด้วยกันแทนที่จะละลายอย่างเต็มที่ SLS มักใช้สำหรับพอลิเมอร์และวัสดุเซรามิก เลเซอร์ใน SLS ให้พลังงานเพียงพอที่จะผูกอนุภาคผงที่จุดสัมผัสของพวกเขาในขณะที่อยู่ใน SLM ผงจะละลายอย่างสมบูรณ์ ความแตกต่างนี้ส่งผลให้ชิ้นส่วน SLM มีความหนาแน่นสูงขึ้นและคุณสมบัติเชิงกลที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับชิ้นส่วน SLS
- เทคโนโลยี FDM: FDM (การสร้างแบบจำลองการสะสมของการหลอมรวม) ทำงานโดยการสกัดเส้นใยเทอร์โมพลาสติกผ่านหัวฉีดที่ร้อนและวางมันด้วยเลเยอร์ มันไม่ได้ใช้เลเซอร์เลย FDM เป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพและเข้าถึงได้มากขึ้นสำหรับการผลิตต้นแบบพลาสติกและชิ้นส่วนที่เรียบง่าย SLM ซึ่งมีกระบวนการหลอมเหลวที่ใช้เลเซอร์สามารถสร้างชิ้นส่วนโลหะที่ซับซ้อนและมีประสิทธิภาพได้สูงขึ้น
6. การประกันคุณภาพและการตรวจสอบ
เลเซอร์ในระบบ SLM ยังสามารถใช้เพื่อการประกันคุณภาพและวัตถุประสงค์ในการตรวจสอบ เครื่อง SLM ขั้นสูงบางเครื่องได้รับการติดตั้งระบบตรวจสอบในกระบวนการที่ใช้เลเซอร์เองหรือเซ็นเซอร์เพิ่มเติมเพื่อตรวจจับข้อบกพร่องในระหว่างกระบวนการพิมพ์ ตัวอย่างเช่นเลเซอร์สามารถใช้ในการวัดความสูงของเตียงผงก่อนและหลังการละลายเพื่อตรวจจับความไม่สม่ำเสมอหรือขาดผงครอบคลุม
โดยการวิเคราะห์การสะท้อนหรือการดูดซึมของแสงเลเซอร์ในระหว่างกระบวนการหลอมละลายมันเป็นไปได้ที่จะตรวจจับข้อบกพร่องเช่นความพรุนรอยแตกหรือการหลอมละลายที่ไม่สมบูรณ์ การตรวจสอบเวลาจริงนี้ช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนได้ทันทีกับพารามิเตอร์การพิมพ์เพื่อให้มั่นใจว่าการผลิตชิ้นส่วนที่มีคุณภาพสูง
7. ความท้าทายและการพัฒนาในอนาคต
แม้จะมีข้อได้เปรียบมากมายของเลเซอร์ในเทคโนโลยี SLM แต่ก็ยังมีความท้าทายอยู่บ้าง หนึ่งในความท้าทายหลักคือค่าใช้จ่ายสูงของเลเซอร์พลังงานสูงและการบำรุงรักษาที่เกี่ยวข้อง นอกจากนี้ความซับซ้อนของการควบคุมพารามิเตอร์เลเซอร์เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดต้องใช้ตัวดำเนินการที่มีทักษะและระบบควบคุมขั้นสูง
ในอนาคตเราสามารถคาดหวังที่จะเห็นการปรับปรุงเพิ่มเติมในเทคโนโลยีเลเซอร์สำหรับ SLM เลเซอร์ประเภทใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าคุณภาพของลำแสงที่ดีขึ้นและการควบคุมที่แม่นยำยิ่งขึ้นจะได้รับการพัฒนา ความก้าวหน้าเหล่านี้จะนำไปสู่ความเร็วการพิมพ์ที่เร็วขึ้นคุณภาพของชิ้นส่วนที่ดีขึ้นและความสามารถในการประมวลผลวัสดุที่หลากหลาย
ในฐานะซัพพลายเออร์ของเทคโนโลยี SLM เรากำลังทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระบบของเราโดยการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับเลเซอร์ เราเสนอการฝึกอบรมที่ครอบคลุมและการสนับสนุนให้กับลูกค้าของเราเพื่อช่วยให้พวกเขาใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี SLM ที่ใช้เลเซอร์
หากคุณมีความสนใจในการสำรวจศักยภาพของเทคโนโลยี SLM สำหรับความต้องการการผลิตของคุณเราขอเชิญคุณติดต่อเราสำหรับการอภิปรายโดยละเอียด ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราพร้อมที่จะจัดหาโซลูชั่นที่กำหนดเองและช่วยคุณในการบรรลุเป้าหมายการผลิตของคุณ
การอ้างอิง
- Gibson, I. , Rosen, Dw, & Stucker, B. (2010) เทคโนโลยีการผลิตสารเติมแต่ง: การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วไปยังการผลิตดิจิตอลโดยตรง สปริงเกอร์วิทยาศาสตร์และสื่อธุรกิจ
- Kruth, J. - P. , Leu, MC, & Nakagawa, T. (2007) ความคืบหน้าในการผลิตสารเติมแต่งและการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว CIRP Annals - เทคโนโลยีการผลิต, 56 (2), 525 - 546
- Yadroitsev, I. , & Bertrand, P. (2008) การวิเคราะห์พารามิเตอร์กระบวนการละลายเลเซอร์แบบเลือกสำหรับโลหะผสม TI6AL4V วัสดุและการออกแบบ, 29 (4), 826 - 831