La tecnologia selettiva di fusione laser (SLM) è emersa come una tecnica di produzione additiva rivoluzionaria, consentendo la produzione di parti metalliche complesse e di alta qualità con eccellenti proprietà meccaniche. Al centro di questa tecnologia si trova il laser, che svolge un ruolo sfaccettato e cruciale. Come fornitore di tecnologia SLM, ho assistito in prima persona al significato dei laser in questo campo da taglio.
1. Le basi della tecnologia SLM
Prima di approfondire il ruolo dei laser, è essenziale comprendere i principi fondamentali della tecnologia SLM. SLM è un processo di produzione additiva che costruisce strato a tre oggetti dimensionali per livello. Si inizia con un sottile strato di polvere in metallo distribuito uniformemente su una piattaforma di costruzione. Il laser quindi scioglie selettivamente la polvere in aree specifiche in base a un modello digitale, consolidandola nella forma desiderata. Una volta completato uno strato, la piattaforma di build si abbassa, viene applicato un nuovo strato di polvere e il processo si ripete fino a formare l'intero oggetto.
2. Laser come fonte di energia
Il ruolo più fondamentale del laser nella tecnologia SLM è come fonte di energia. Il raggio laser fornisce l'energia ad alta intensità richiesta per sciogliere la polvere di metallo. I metalli diversi hanno punti di fusione diversi e il laser deve essere in grado di fornire energia sufficiente per raggiungere e superare questi punti di fusione. Ad esempio, le leghe di titanio, che sono ampiamente utilizzate nelle applicazioni aerospaziali e mediche, hanno punti di fusione relativamente elevati (circa 1668 ° C). È necessario un laser ad alta potenza per garantire una completa fusione della polvere di titanio, con conseguente parte densa e difettosa.
La densità di energia del raggio laser è un parametro critico. È definito come il potere del laser diviso per l'area del punto laser sul letto in polvere. È necessaria una corretta densità di energia per ottenere una buona fusione e legame tra le particelle di polvere. Se la densità di energia è troppo bassa, la polvere potrebbe non sciogliersi completamente, portando alla porosità e alle deboli proprietà meccaniche nella parte finale. D'altra parte, se la densità di energia è troppo alta, può causare oltre - fusione, sfera (formazione di sfere sferiche di metallo fuso anziché uno strato continuo) e distorsione della parte.
3. Scansione di precisione e generazione di pattern
I laser nei sistemi SLM sono dotati di specchi di scansione che possono controllare con precisione il movimento del raggio laser attraverso il letto in polvere. Ciò consente la creazione di geometrie complesse e dettagli fini nelle parti stampate. Il modello digitale dell'oggetto viene tagliato in strati sottili e il sistema di scansione guida il laser per tracciare la forma di ogni strato sul letto a polvere.
La velocità e il percorso di scansione hanno anche un impatto significativo sulla qualità della parte stampata. Una velocità di scansione più lenta generalmente consente di depositare più energia per unità area, che può migliorare la fusione e il legame della polvere. Tuttavia, aumenta anche il tempo di costruzione. Il percorso di scansione dovrebbe essere pianificato con cura per garantire il riscaldamento e il raffreddamento uniformi della polvere, riducendo il rischio di sollecitazioni termiche e deformazioni. Ad esempio, è possibile utilizzare un modello di scansione tortuoso o raster, ma la direzione e la sovrapposizione delle linee di scansione devono essere ottimizzate.
4. Interazione del materiale e controllo della microstruttura
L'interazione tra il laser e la polvere di metallo durante il processo di fusione influenza la microstruttura della parte stampata. Quando il laser scioglie la polvere, si verifica una rapida solidificazione a causa delle alte velocità di raffreddamento. Questa rapida solidificazione può provocare microstrutture a grana fine, che spesso portano a migliori proprietà meccaniche come una maggiore resistenza e durezza.
I parametri laser possono essere regolati per controllare il processo di solidificazione. Ad esempio, modificando la potenza del laser, la velocità di scansione e la durata dell'impulso, la velocità di raffreddamento può essere modificata. Un tasso di raffreddamento più lento può promuovere la crescita di cereali più grandi, il che può essere utile in alcune applicazioni in cui la duttilità è più importante. Al contrario, una velocità di raffreddamento più rapida può produrre una microstruttura a grana più fine, migliorando la resistenza e la resistenza all'usura.
5. Confronto con altre tecnologie di produzione additiva
Rispetto ad altre tecnologie di produzione additiva comeTecnologia DLP,Tecnologia SLS, ETecnologia FDM, il ruolo dei laser in SLM è distinto.
- Tecnologia DLP: La tecnologia DLP (Digital Light Processing) utilizza un proiettore di luce digitale per curare lo strato di fotopolimeri liquidi per strato. Invece di un laser, si basa sulla proiezione leggera per il processo di indurimento. Questa tecnologia viene utilizzata principalmente per produrre parti di plastica con alta finitura superficiale e una risoluzione relativamente elevata. Al contrario, SLM utilizza i laser per sciogliere le polveri in metallo, consentendo la produzione di parti metalliche forti e durevoli.
- Tecnologia SLS: SLS (sinterizzazione laser selettiva) usa anche un laser, ma sinteta le particelle di polvere insieme piuttosto che scioglierle completamente. SLS è comunemente usato per i materiali polimerici e ceramici. Il laser in SLS fornisce energia sufficiente per legare le particelle di polvere nei loro punti di contatto, mentre in SLM la polvere è completamente sciolta. Questa differenza provoca parti SLM con una densità più elevata e migliori proprietà meccaniche rispetto alle parti SLS.
- Tecnologia FDM: FDM (modellazione di deposizione fusa) funziona estruso di un filamento termoplastico attraverso un ugello riscaldato e depositandolo strato per strato. Non usa affatto un laser. FDM è una tecnologia più efficace e accessibile per la produzione di prototipi di plastica e parti semplici. SLM, con il suo processo di fusione basato sul laser, è in grado di creare parti metalliche più complesse e ad alte prestazioni.
6. Assicurazione e monitoraggio della qualità
I laser nei sistemi SLM possono anche essere utilizzati per scopi di garanzia e monitoraggio della qualità. Alcune macchine SLM avanzate sono dotate di sistemi di monitoraggio del processo in -process che utilizzano il laser stesso o i sensori aggiuntivi per rilevare difetti durante il processo di stampa. Ad esempio, il laser può essere usato per misurare l'altezza del letto in polvere prima e dopo lo scioglimento per rilevare qualsiasi irregolarità o mancanza di copertura in polvere.
Analizzando la riflessione o l'assorbimento della luce laser durante il processo di fusione, è possibile rilevare difetti come porosità, crepe o fusione incompleta. Questo monitoraggio del tempo reale consente di apportare regolamenti immediati ai parametri di stampa, garantendo la produzione di parti di alta qualità.
7. Sfide e sviluppi futuri
Nonostante i numerosi vantaggi dei laser nella tecnologia SLM, ci sono ancora alcune sfide. Una delle sfide principali è l'elevato costo dei laser ad alta potenza e la manutenzione associata. Inoltre, la complessità del controllo dei parametri laser per ottenere risultati ottimali richiede operatori qualificati e sistemi di controllo avanzati.
In futuro, possiamo aspettarci di vedere ulteriori miglioramenti nella tecnologia laser per SLM. Verranno sviluppati nuovi tipi di laser con maggiore efficienza, migliore qualità del raggio e controllo più preciso. Questi progressi porteranno a velocità di stampa più rapide, qualità della parte migliorata e capacità di elaborare una gamma più ampia di materiali.
Come fornitore di tecnologia SLM, stiamo costantemente lavorando per migliorare le prestazioni dei nostri sistemi ottimizzando i processi relativi al laser. Offriamo una formazione e supporto completi ai nostri clienti per aiutarli a trarre il massimo dalla tecnologia SLM con sede laser.
Se sei interessato a esplorare il potenziale della tecnologia SLM per le tue esigenze di produzione, ti invitiamo a contattarci per una discussione dettagliata. Il nostro team di esperti è pronto a fornirti soluzioni personalizzate e aiutarti a raggiungere i tuoi obiettivi di produzione.
Riferimenti
- Gibson, I., Rosen, DW e Stucker, B. (2010). Tecnologie di produzione additiva: prototipazione rapida per la produzione digitale diretta. Springer Science & Business Media.
- Kruth, J. - P., Leu, MC e Nakagawa, T. (2007). Progressi nella produzione additiva e nella prototipazione rapida. CIRP ANNALS - Tecnologia di produzione, 56 (2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., & Bertrand, P. (2008). Analisi dei parametri selettivi del processo di fusione laser per la lega Ti6al4v. Materiali e design, 29 (4), 826 - 831.