Lazer eklemeli üretim (AM) teknolojisi, yüksek üretim doğruluğu, güçlü esneklik ve yüksek derecede otomasyon avantajlarıyla otomotiv, medikal, havacılık vb. (roket gibi) alanlardaki temel bileşenlerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. yakıt püskürtme memeleri, uydu anten braketleri, insan implantları vb.).Bu teknoloji, malzeme yapısı ve performansın entegre üretimi yoluyla basılı parçaların kombinasyon performansını büyük ölçüde artırabilir.Şu anda, lazer eklemeli üretim teknolojisi genellikle yüksek merkez ve düşük kenar enerji dağılımına sahip odaklanmış bir Gauss ışınını benimser.Bununla birlikte, genellikle eriyikte yüksek termal gradyanlar oluşturur ve bu da daha sonra gözeneklerin ve iri tanelerin oluşmasına yol açar.Işın şekillendirme teknolojisi, lazer ışın enerjisinin dağılımını ayarlayarak baskı verimliliğini ve kalitesini artıran, bu sorunu çözmeye yönelik yeni bir yöntemdir.
Geleneksel çıkarma ve eşdeğer üretimle karşılaştırıldığında metal eklemeli üretim teknolojisinin, kısa üretim çevrim süresi, yüksek işleme doğruluğu, yüksek malzeme kullanım oranı ve parçaların genel performansının iyi olması gibi avantajları vardır.Bu nedenle metal eklemeli imalat teknolojisi, havacılık, silah ve teçhizat, nükleer enerji, biyofarmasötikler ve otomobil gibi endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.Ayrık istifleme ilkesine dayanan metal katkılı imalat, tozu veya teli eritmek için bir enerji kaynağı (lazer, ark veya elektron ışını gibi) kullanır ve ardından hedef bileşeni üretmek için bunları katman katman istifler.Bu teknolojinin küçük partiler, karmaşık yapılar veya kişiselleştirilmiş parçalar üretmede önemli avantajları vardır.Geleneksel tekniklerle işlenemeyen veya işlenmesi zor olan malzemeler, aynı zamanda katmanlı imalat yöntemleri kullanılarak hazırlanmaya da uygundur.Yukarıdaki avantajlardan dolayı, eklemeli imalat teknolojisi hem yurt içinde hem de yurt dışında bilim adamlarının geniş ilgisini çekmiştir.Son birkaç on yılda, katmanlı imalat teknolojisi hızlı bir ilerleme kaydetti.Lazer katmanlı üretim ekipmanının otomasyonu ve esnekliğinin yanı sıra yüksek lazer enerji yoğunluğu ve yüksek işleme doğruluğunun kapsamlı avantajları nedeniyle, lazer katmanlı üretim teknolojisi yukarıda bahsedilen üç metal katmanlı üretim teknolojisi arasında en hızlı şekilde gelişmiştir.
Lazer metal eklemeli üretim teknolojisi ayrıca LPBF ve DED'ye ayrılabilir.Şekil 1, LPBF ve DED işlemlerinin tipik bir şematik diyagramını göstermektedir.Seçici Lazer Eritme (SLM) olarak da bilinen LPBF işlemi, yüksek enerjili lazer ışınlarını bir toz yatağının yüzeyinde sabit bir yol boyunca tarayarak karmaşık metal bileşenler üretebilir.Daha sonra toz erir ve katman katman katılaşır.DED süreci temel olarak iki baskı sürecini içerir: lazer eritme biriktirme ve lazer tel beslemeli katkı üretimi.Bu teknolojilerin her ikisi de metal tozu veya teli eşzamanlı olarak besleyerek metal parçaları doğrudan üretebilir ve onarabilir.LPBF ile karşılaştırıldığında DED daha yüksek üretkenliğe ve daha geniş üretim alanına sahiptir.Ek olarak, bu yöntem aynı zamanda kompozit malzemeleri ve fonksiyonel olarak derecelendirilmiş malzemeleri de rahatlıkla hazırlayabilir.Ancak DED tarafından basılan parçaların yüzey kalitesi her zaman zayıftır ve hedef bileşenin boyutsal doğruluğunu iyileştirmek için daha sonraki işlemlere ihtiyaç vardır.
Mevcut lazer katmanlı üretim sürecinde, odaklanmış Gauss ışını genellikle enerji kaynağıdır.Bununla birlikte, benzersiz enerji dağılımı nedeniyle (yüksek merkez, alçak kenar), yüksek termal gradyanlara ve eriyik havuzunun kararsızlığına neden olması muhtemeldir.Basılı parçaların şekillendirme kalitesinin düşük olmasına neden olur.Ayrıca, erimiş havuzun merkez sıcaklığı çok yüksekse, düşük erime noktalı metal elemanların buharlaşmasına neden olacak ve LBPF prosesinin kararsızlığını daha da artıracaktır.Bu nedenle gözenekliliğin artmasıyla birlikte baskılı parçaların mekanik özellikleri ve yorulma ömrü önemli ölçüde azalır.Gauss ışınlarının eşit olmayan enerji dağılımı aynı zamanda düşük lazer enerjisi kullanım verimliliğine ve aşırı enerji israfına da yol açar.Daha iyi baskı kalitesi elde etmek için bilim adamları, enerji girişi olasılığını kontrol etmek amacıyla lazer gücü, tarama hızı, toz tabakası kalınlığı ve tarama stratejisi gibi işlem parametrelerini değiştirerek Gauss ışınlarının kusurlarını telafi etmeyi keşfetmeye başladılar.Bu yöntemin çok dar işlem penceresi nedeniyle, sabit fiziksel sınırlamalar daha fazla optimizasyon olasılığını sınırlar.Örneğin, lazer gücünü ve tarama hızını artırmak, yüksek üretim verimliliği sağlayabilir ancak çoğu zaman baskı kalitesinden ödün verme pahasına gelir.Son yıllarda, ışın şekillendirme stratejileri yoluyla lazer enerjisi dağılımını değiştirmek, üretim verimliliğini ve baskı kalitesini önemli ölçüde artırabilir ve bu, lazer katmanlı üretim teknolojisinin gelecekteki gelişim yönü haline gelebilir.Işın şekillendirme teknolojisi genel olarak istenen yoğunluk dağılımını ve yayılma özelliklerini elde etmek için giriş ışınının dalga cephesi dağılımını ayarlamayı ifade eder.Işın şekillendirme teknolojisinin metal katmanlı imalat teknolojisindeki uygulaması Şekil 2'de gösterilmektedir.
Lazer katmanlı imalatta ışın şekillendirme teknolojisinin uygulanması
Geleneksel Gauss ışınlı baskının eksiklikleri
Metal lazer eklemeli üretim teknolojisinde, lazer ışınının enerji dağılımının basılan parçaların kalitesi üzerinde önemli bir etkisi vardır.Gauss ışınları, metal lazer katmanlı üretim ekipmanlarında yaygın olarak kullanılmasına rağmen, katmanlı üretim sürecinde kararsız baskı kalitesi, düşük enerji kullanımı ve dar süreç pencereleri gibi ciddi dezavantajlara sahiptir.Bunlar arasında, tozun erime süreci ve metal lazer katkı işlemi sırasında eriyik havuzunun dinamikleri, toz tabakasının kalınlığı ile yakından ilişkilidir.Toz sıçraması ve erozyon bölgelerinin varlığı nedeniyle toz tabakasının gerçek kalınlığı teorik beklentiden daha yüksektir.İkinci olarak, buhar sütunu ana geri jet sıçramalarına neden oldu.Metal buharı arka duvarla çarpışarak sıçramalar oluşturur ve bunlar erimiş havuzun içbükey alanına dik olarak ön duvar boyunca püskürtülür (Şekil 3'te gösterildiği gibi).Lazer ışını ve sıçramalar arasındaki karmaşık etkileşimden dolayı, sıçrayan sıçramalar sonraki toz katmanlarının baskı kalitesini ciddi şekilde etkileyebilir.Ayrıca eriyik havuzunda anahtar deliklerinin oluşması da basılan parçaların kalitesini ciddi şekilde etkiler.Basılı parçanın iç gözeneklerine esas olarak dengesiz kilitleme delikleri neden olur.
Kiriş şekillendirme teknolojisinde kusurların oluşum mekanizması
Işın şekillendirme teknolojisi aynı anda birden fazla boyutta performans iyileştirmesi sağlayabilir; bu, diğer boyutlardan fedakarlık etme pahasına bir boyuttaki performansı artıran Gauss ışınlarından farklıdır.Işın şekillendirme teknolojisi, eriyik havuzunun sıcaklık dağılımını ve akış özelliklerini doğru bir şekilde ayarlayabilir.Lazer enerjisinin dağılımını kontrol ederek, küçük bir sıcaklık gradyanına sahip, nispeten kararlı bir erimiş havuz elde edilir.Uygun lazer enerjisi dağıtımı, gözeneklilik ve püskürtme kusurlarının bastırılmasında ve metal parçalar üzerindeki lazer baskının kalitesinin arttırılmasında faydalıdır.Üretim verimliliği ve toz kullanımında çeşitli iyileştirmeler sağlayabilir.Aynı zamanda ışın şekillendirme teknolojisi bize daha fazla işleme stratejisi sağlayarak, lazer katmanlı üretim teknolojisinde devrim niteliğinde bir ilerleme olan süreç tasarımı özgürlüğünü büyük ölçüde özgürleştirir.
Gönderim zamanı: Şubat-28-2024
