Aplikasi téknologi ngabentuk balok dina manufaktur aditif laser logam

Téhnologi manufaktur aditif laser (AM), kalayan kaunggulanana nyaéta akurasi manufaktur anu luhur, kalenturan anu kuat, sareng tingkat otomatisasi anu luhur, seueur dianggo dina manufaktur komponén konci dina widang sapertos otomotif, médis, aerospace, jsb. (sapertos nozzle bahan bakar roket, braket anteneu satelit, implan manusa, jsb.). Téhnologi ieu tiasa ningkatkeun kinerja kombinasi bagian anu dicitak ngalangkungan manufaktur struktur sareng kinerja bahan anu terintegrasi. Ayeuna, téknologi manufaktur aditif laser umumna ngadopsi sinar Gaussian anu fokus kalayan distribusi énergi pusat anu luhur sareng ujung anu handap. Nanging, éta sering ngahasilkeun gradien termal anu luhur dina lebur, anu ngarah kana formasi pori-pori sareng butiran kasar. Téhnologi ngabentuk sinar mangrupikeun metode énggal pikeun ngarengsekeun masalah ieu, anu ningkatkeun efisiensi sareng kualitas percetakan ku cara nyaluyukeun distribusi énergi sinar laser.

Dibandingkeun sareng pangurangan tradisional sareng manufaktur anu sami, téknologi manufaktur aditif logam ngagaduhan kaunggulan sapertos waktos siklus manufaktur anu pondok, akurasi pamrosésan anu luhur, tingkat panggunaan bahan anu luhur, sareng kinerja sakabéh bagian anu saé. Ku alatan éta, téknologi manufaktur aditif logam seueur dianggo dina industri sapertos aerospace, senjata sareng peralatan, tenaga nuklir, biofarmasi, sareng mobil. Dumasar kana prinsip susun diskrit, manufaktur aditif logam ngamangpaatkeun sumber énergi (sapertos laser, busur, atanapi sinar éléktron) pikeun ngalemberehkeun bubuk atanapi kawat, teras ditumpuk lapis demi lapis pikeun ngadamel komponén target. Téhnologi ieu ngagaduhan kaunggulan anu signifikan dina ngahasilkeun bets alit, struktur anu rumit, atanapi bagian anu dipersonalisasi. Bahan anu teu tiasa atanapi sesah diprosés nganggo téknik tradisional ogé cocog pikeun persiapan nganggo metode manufaktur aditif. Kusabab kaunggulan di luhur, téknologi manufaktur aditif parantos narik perhatian anu lega ti para sarjana boh di domestik boh internasional. Dina sababaraha dekade ka pengker, téknologi manufaktur aditif parantos ngadamel kamajuan anu gancang. Kusabab otomatisasi sareng kalenturan peralatan manufaktur aditif laser, ogé kaunggulan komprehensif tina kapadetan énergi laser anu luhur sareng akurasi pamrosésan anu luhur, téknologi manufaktur aditif laser parantos ngembangkeun anu paling gancang di antara tilu téknologi manufaktur aditif logam anu disebatkeun di luhur.

Téhnologi manufaktur aditif logam laser tiasa dibagi deui kana LPBF sareng DED. Gambar 1 nunjukkeun diagram skematis has tina prosés LPBF sareng DED. Prosés LPBF, ogé katelah Selective Laser Melting (SLM), tiasa ngadamel komponén logam anu rumit ku cara nyeken sinar laser énergi tinggi sapanjang jalur anu tetep dina permukaan bubuk. Teras, bubuk éta lebur sareng padet lapis demi lapis. Prosés DED utamina ngawengku dua prosés percetakan: déposisi lebur laser sareng manufaktur aditif anu nyoco kawat laser. Kadua téknologi ieu tiasa langsung ngadamel sareng ngalereskeun bagian logam ku cara nyoco bubuk atanapi kawat logam sacara sinkron. Dibandingkeun sareng LPBF, DED gaduh produktivitas anu langkung luhur sareng daérah manufaktur anu langkung ageung. Salaku tambahan, metode ieu ogé tiasa nyiapkeun bahan komposit sareng bahan anu dinilai sacara fungsional. Nanging, kualitas permukaan bagian anu dicitak ku DED sok goréng, sareng pamrosésan salajengna diperyogikeun pikeun ningkatkeun akurasi diménsi komponén target.

Dina prosés manufaktur aditif laser ayeuna, sinar Gaussian anu fokus biasana janten sumber énergi. Nanging, kusabab distribusi énergi anu unik (pusat luhur, ujung handap), éta kamungkinan bakal nyababkeun gradien termal anu luhur sareng ketidakstabilan kolam lebur. Anu nyababkeun kualitas kabentukna bagian anu dicitak anu goréng. Salaku tambahan, upami suhu pusat kolam lebur teuing luhur, éta bakal nyababkeun unsur logam titik lebur anu handap nguap, anu langkung nganyenyerikeun ketidakstabilan prosés LBPF. Ku alatan éta, kalayan ningkatna porositas, sipat mékanis sareng umur kacapean bagian anu dicitak sacara signifikan dikirangan. Distribusi énergi sinar Gaussian anu henteu rata ogé nyababkeun efisiensi panggunaan énergi laser anu handap sareng runtah énergi anu kaleuleuwihi. Pikeun ngahontal kualitas percetakan anu langkung saé, para sarjana parantos mimiti ngajalajah pikeun ngimbangan cacad sinar Gaussian ku cara ngarobih parameter prosés sapertos kakuatan laser, kecepatan scanning, ketebalan lapisan bubuk, sareng strategi scanning, pikeun ngontrol kamungkinan input énergi. Kusabab jandela pamrosésan anu sempit pisan tina metode ieu, watesan fisik anu tetep ngawatesan kamungkinan optimasi salajengna. Contona, ningkatkeun kakuatan laser sareng kecepatan scanning tiasa ngahontal efisiensi manufaktur anu luhur, tapi seringna kedah ngorbankeun kualitas percetakan. Dina sababaraha taun ka pengker, ngarobih distribusi énergi laser ngalangkungan strategi pembentukan sinar tiasa ningkatkeun efisiensi manufaktur sareng kualitas percetakan sacara signifikan, anu tiasa janten arah pamekaran téknologi manufaktur aditif laser ka hareup. Téhnologi pembentukan sinar sacara umum nujul kana nyaluyukeun distribusi gelombang tina sinar input pikeun kéngingkeun distribusi inténsitas sareng karakteristik propagasi anu dipikahoyong. Aplikasi téknologi pembentukan sinar dina téknologi manufaktur aditif logam dipidangkeun dina Gambar 2.

Aplikasi téknologi ngabentuk sinar dina manufaktur aditif laser

Kakurangan tina percetakan sinar Gaussian tradisional

Dina téknologi manufaktur aditif laser logam, distribusi énergi sinar laser gaduh dampak anu signifikan kana kualitas bagian anu dicitak. Sanaos sinar Gaussian parantos seueur dianggo dina alat manufaktur aditif laser logam, éta ngagaduhan kakurangan anu serius sapertos kualitas percetakan anu teu stabil, panggunaan énergi anu handap, sareng jandéla prosés anu sempit dina prosés manufaktur aditif. Di antarana, prosés lebur bubuk sareng dinamika kolam cair salami prosés aditif laser logam raket patalina sareng ketebalan lapisan bubuk. Kusabab ayana zona cipratan bubuk sareng erosi, ketebalan lapisan bubuk anu saleresna langkung luhur tibatan anu dipiharep sacara téoritis. Kadua, kolom uap nyababkeun cipratan jet mundur utama. Uap logam tabrakan sareng témbok tukang pikeun ngabentuk cipratan, anu disemprotkeun sapanjang témbok payun tegak lurus kana daérah cekung kolam cair (sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 3). Kusabab interaksi anu rumit antara sinar laser sareng cipratan, cipratan anu dikaluarkeun tiasa mangaruhan sacara serius kualitas percetakan lapisan bubuk salajengna. Salaku tambahan, formasi liang konci dina kolam cair ogé mangaruhan sacara serius kualitas bagian anu dicitak. Pori-pori internal tina potongan anu dicitak utamina disababkeun ku liang konci anu teu stabil.

Mékanisme formasi cacad dina téknologi ngabentuk balok

Téhnologi ngabentuk balok tiasa ngahontal paningkatan kinerja dina sababaraha diménsi sacara simultan, anu béda ti balok Gaussian anu ningkatkeun kinerja dina hiji diménsi kalayan ngorbankeun diménsi anu sanés. Téhnologi ngabentuk balok tiasa sacara akurat nyaluyukeun distribusi suhu sareng karakteristik aliran kolam lebur. Ku cara ngontrol distribusi énergi laser, kolam lebur anu relatif stabil kalayan gradien suhu anu alit bakal diala. Distribusi énergi laser anu pas mangpaat pikeun ngurangan porositas sareng cacad sputtering, sareng ningkatkeun kualitas percetakan laser dina bagian logam. Éta tiasa ngahontal rupa-rupa paningkatan dina efisiensi produksi sareng panggunaan bubuk. Dina waktos anu sami, téknologi ngabentuk balok nyayogikeun urang langkung seueur strategi pamrosésan, anu ngabébaskeun kabébasan desain prosés, anu mangrupikeun kamajuan révolusionér dina téknologi manufaktur aditif laser.