Metall lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarishda nurni shakllantirish texnologiyasini qo'llash

Lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish (AM) texnologiyasi yuqori ishlab chiqarish aniqligi, kuchli moslashuvchanligi va yuqori darajadagi avtomatlashtirish afzalliklari bilan avtomobil, tibbiyot, aerokosmik va boshqalar (raketa kabi) kabi asosiy komponentlarni ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. yonilg'i nozullari, sun'iy yo'ldosh antennasi qavslari, inson implantlari va boshqalar). Ushbu texnologiya material tuzilishi va ishlashini kompleks ishlab chiqarish orqali bosilgan qismlarning kombinatsiyalangan ishlashini sezilarli darajada yaxshilaydi. Hozirgi vaqtda lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish texnologiyasi odatda yuqori markaz va past chekka energiya taqsimoti bilan yo'naltirilgan Gauss nurini qabul qiladi. Biroq, u ko'pincha eritmada yuqori termal gradyanlarni hosil qiladi, bu esa keyinchalik teshiklar va qo'pol donalar paydo bo'lishiga olib keladi. Nurni shakllantirish texnologiyasi bu muammoni hal qilishning yangi usuli bo'lib, lazer nurlari energiyasini taqsimlashni sozlash orqali bosib chiqarish samaradorligi va sifatini yaxshilaydi.

An'anaviy olib tashlash va ekvivalent ishlab chiqarish bilan solishtirganda, metall qo'shimchalar ishlab chiqarish texnologiyasi qisqa ishlab chiqarish aylanish vaqti, yuqori ishlov berish aniqligi, yuqori materialdan foydalanish darajasi va qismlarning yaxshi umumiy ishlashi kabi afzalliklarga ega. Shu sababli, metall qo'shimchalarini ishlab chiqarish texnologiyasi aviatsiya, qurol va uskunalar, yadro energetikasi, biofarmatsevtika va avtomobillar kabi sohalarda keng qo'llaniladi. Diskret stacking printsipiga asoslanib, metall qo'shimchalarini ishlab chiqarish kukun yoki simni eritish uchun energiya manbasidan (lazer, yoy yoki elektron nur kabi) foydalanadi va keyin maqsadli komponentni ishlab chiqarish uchun ularni qatlamma-qatlam yig'adi. Ushbu texnologiya kichik partiyalar, murakkab tuzilmalar yoki moslashtirilgan qismlarni ishlab chiqarishda muhim afzalliklarga ega. An'anaviy texnikada ishlov berish mumkin bo'lmagan yoki qiyin bo'lgan materiallar qo'shimcha ishlab chiqarish usullaridan foydalangan holda tayyorlash uchun ham mos keladi. Yuqoridagi afzalliklarga ko'ra, qo'shimchalar ishlab chiqarish texnologiyasi mahalliy va xalqaro miqyosda olimlarning keng e'tiborini tortdi. So'nggi bir necha o'n yilliklarda qo'shimchalar ishlab chiqarish texnologiyasi tez sur'atlar bilan rivojlandi. Lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish uskunalarini avtomatlashtirish va moslashuvchanligi, shuningdek, yuqori lazer energiya zichligi va yuqori ishlov berish aniqligining keng qamrovli afzalliklari tufayli lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish texnologiyasi yuqorida aytib o'tilgan uchta metall qo'shimcha ishlab chiqarish texnologiyasi orasida eng tez rivojlandi.

Lazerli metall qo'shimchalarini ishlab chiqarish texnologiyasi qo'shimcha ravishda LPBF va DED ga bo'linishi mumkin. 1-rasmda LPBF va DED jarayonlarining odatiy sxematik diagrammasi ko'rsatilgan. Selektiv lazer eritish (SLM) deb ham ataladigan LPBF jarayoni yuqori energiyali lazer nurlarini chang to'shagi yuzasida qattiq yo'l bo'ylab skanerlash orqali murakkab metall qismlarni ishlab chiqarishi mumkin. Keyin, kukun eriydi va qatlam qatlamini mustahkamlaydi. DED jarayoni asosan ikkita bosib chiqarish jarayonini o'z ichiga oladi: lazerli eritish cho'kmasi va lazerli simni oziqlantiruvchi qo'shimchalar ishlab chiqarish. Ushbu ikkala texnologiya ham metall kukuni yoki simni sinxron oziqlantirish orqali to'g'ridan-to'g'ri metall qismlarni ishlab chiqarishi va ta'mirlashi mumkin. LPBF bilan solishtirganda, DED yuqori mahsuldorlikka va kattaroq ishlab chiqarish maydoniga ega. Bunga qo'shimcha ravishda, bu usul kompozit materiallarni va funktsional darajali materiallarni ham qulay tarzda tayyorlashi mumkin. Biroq, DED tomonidan chop etilgan qismlarning sirt sifati har doim yomon bo'ladi va maqsadli komponentning o'lchov aniqligini yaxshilash uchun keyingi ishlov berish kerak.

Hozirgi lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish jarayonida yo'naltirilgan Gauss nurlari odatda energiya manbai hisoblanadi. Biroq, noyob energiya taqsimoti (yuqori markaz, past chekka) tufayli, u yuqori issiqlik gradyanlari va eritma hovuzining beqarorligiga olib kelishi mumkin. Natijada bosilgan qismlarning sifatsiz shakllanishi. Bundan tashqari, agar eritilgan hovuzning markaziy harorati juda yuqori bo'lsa, u past erish nuqtasi bo'lgan metall elementlarning bug'lanishiga olib keladi, bu esa LBPF jarayonining beqarorligini yanada kuchaytiradi. Shuning uchun, g'ovaklikning oshishi bilan bosilgan qismlarning mexanik xususiyatlari va charchoq muddati sezilarli darajada kamayadi. Gauss nurlarining energiyaning notekis taqsimlanishi ham lazer energiyasidan foydalanish samaradorligining pastligiga va ortiqcha energiya chiqindilariga olib keladi. Bosib chiqarish sifatini yaxshilash uchun olimlar energiya kiritish imkoniyatini nazorat qilish uchun lazer quvvati, skanerlash tezligi, kukun qatlami qalinligi va skanerlash strategiyasi kabi jarayon parametrlarini o‘zgartirish orqali Gauss nurlarining nuqsonlarini qoplashni o‘rganishni boshladilar. Ushbu usulning juda tor ishlov berish oynasi tufayli qattiq jismoniy cheklovlar keyingi optimallashtirish imkoniyatini cheklaydi. Misol uchun, lazer quvvati va skanerlash tezligini oshirish yuqori ishlab chiqarish samaradorligiga erishishi mumkin, lekin ko'pincha bosib chiqarish sifatini qurbon qilish narxiga to'g'ri keladi. So'nggi yillarda nurni shakllantirish strategiyalari orqali lazer energiyasini taqsimlashni o'zgartirish ishlab chiqarish samaradorligini va bosib chiqarish sifatini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin, bu esa lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish texnologiyasining kelajakdagi rivojlanish yo'nalishiga aylanishi mumkin. Nurni shakllantirish texnologiyasi odatda kerakli intensivlik taqsimoti va tarqalish xususiyatlarini olish uchun kirish nurining to'lqin fronti taqsimotini sozlashni anglatadi. Metall qo'shimchalar ishlab chiqarish texnologiyasida nurni shakllantirish texnologiyasini qo'llash 2-rasmda ko'rsatilgan.

Lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarishda nurni shakllantirish texnologiyasini qo'llash

An'anaviy Gauss nurlarini bosib chiqarishning kamchiliklari

Metall lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish texnologiyasida lazer nurlarining energiya taqsimoti bosilgan qismlarning sifatiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Gauss nurlari metall lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish uskunalarida keng qo'llanilgan bo'lsa-da, ular beqaror bosib chiqarish sifati, kam energiya iste'moli va qo'shimchalarni ishlab chiqarish jarayonida tor jarayon oynalari kabi jiddiy kamchiliklarga ega. Ular orasida kukunning erish jarayoni va metall lazerli qo'shimchalar jarayonida eritilgan hovuzning dinamikasi chang qatlamining qalinligi bilan chambarchas bog'liq. Kukunning chayqalishi va eroziya zonalari mavjudligi sababli, kukun qatlamining haqiqiy qalinligi nazariy kutilganidan yuqori. Ikkinchidan, bug 'kolonkasi asosiy orqaga reaktiv chayqalishiga sabab bo'ldi. Metall bug'lari orqa devor bilan to'qnashib, chayqalishlar hosil qiladi, ular erigan hovuzning konkav maydoniga perpendikulyar old devor bo'ylab püskürtülür (3-rasmda ko'rsatilganidek). Lazer nurlari va chayqalishlar o'rtasidagi murakkab o'zaro ta'sir tufayli, chiqarilgan chayqalishlar keyingi kukun qatlamlarining bosib chiqarish sifatiga jiddiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. Bundan tashqari, eritilgan hovuzda kalit teshiklarining shakllanishi ham bosilgan qismlarning sifatiga jiddiy ta'sir qiladi. Bosilgan qismning ichki teshiklari, asosan, beqaror qulflash teshiklari tufayli yuzaga keladi.

Nurni shakllantirish texnologiyasidagi nuqsonlarni shakllantirish mexanizmi

Nurni shakllantirish texnologiyasi bir vaqtning o'zida bir nechta o'lchamlarda ishlashni yaxshilashga erishishi mumkin, bu boshqa o'lchamlarni qurbon qilish evaziga bir o'lchamdagi ishlashni yaxshilaydigan Gauss nurlaridan farq qiladi. Nurni shakllantirish texnologiyasi eritma hovuzining harorat taqsimoti va oqim xususiyatlarini aniq sozlashi mumkin. Lazer energiyasining taqsimlanishini nazorat qilish orqali kichik harorat gradientiga ega nisbatan barqaror erigan hovuz olinadi. Tegishli lazer energiyasini taqsimlash g'ovaklik va püskürtme nuqsonlarini bostirish va metall qismlarga lazer bosib chiqarish sifatini yaxshilash uchun foydalidir. U ishlab chiqarish samaradorligi va kukunni ishlatishda turli xil yaxshilanishlarga erishishi mumkin. Shu bilan birga, nurni shakllantirish texnologiyasi bizga ko'proq ishlov berish strategiyalarini taqdim etadi, bu esa lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarish texnologiyasida inqilobiy taraqqiyot bo'lgan jarayonni loyihalash erkinligini sezilarli darajada ozod qiladi.