Lasertoevoegingsvervaardiging (AM) tegnologie, met sy voordele van hoë vervaardigingsakkuraatheid, sterk buigsaamheid en hoë mate van outomatisering, word wyd gebruik in die vervaardiging van sleutelkomponente in velde soos motor, medies, lugvaart, ens. (soos vuurpyl). brandstofspuitpunte, satellietantennahakies, menslike inplantings, ens.). Hierdie tegnologie kan die kombinasieprestasie van gedrukte onderdele aansienlik verbeter deur geïntegreerde vervaardiging van materiaalstruktuur en -werkverrigting. Tans neem lasertoevoegingsvervaardigingstegnologie oor die algemeen 'n gefokusde Gaussiese straal aan met 'n hoë middelpunt en lae randenergieverspreiding. Dit genereer egter dikwels hoë termiese gradiënte in die smelt, wat lei tot die daaropvolgende vorming van porieë en growwe korrels. Straalvormingstegnologie is 'n nuwe metode om hierdie probleem op te los, wat drukdoeltreffendheid en kwaliteit verbeter deur die verspreiding van laserstraalenergie aan te pas.
In vergelyking met tradisionele aftrekking en ekwivalente vervaardiging, het metaaltoevoegingsvervaardigingstegnologie voordele soos kort vervaardigingsiklustyd, hoë verwerkingsakkuraatheid, hoë materiaalbenuttingskoers en goeie algehele werkverrigting van onderdele. Daarom word metaaltoevoegingsvervaardigingstegnologie wyd gebruik in nywerhede soos lugvaart, wapens en toerusting, kernkrag, biofarmaseutiese produkte en motors. Gebaseer op die beginsel van diskrete stapeling, gebruik metaaltoevoegingsvervaardiging 'n energiebron (soos laser, boog of elektronstraal) om die poeier of draad te smelt, en stapel dit dan laag vir laag om die teikenkomponent te vervaardig. Hierdie tegnologie het aansienlike voordele in die vervaardiging van klein groepe, komplekse strukture of persoonlike onderdele. Materiale wat nie of moeilik is om te verwerk met tradisionele tegnieke nie, is ook geskik vir voorbereiding deur gebruik te maak van additiewe vervaardigingsmetodes. As gevolg van bogenoemde voordele, het bykomende vervaardigingstegnologie wydverspreide aandag van geleerdes getrek, beide plaaslik en internasionaal. In die afgelope paar dekades het bykomende vervaardigingstegnologie vinnig vordering gemaak. As gevolg van die outomatisering en buigsaamheid van lasertoevoegingsvervaardigingstoerusting, sowel as die omvattende voordele van hoë laserenergiedigtheid en hoë verwerkingsakkuraatheid, het lasertoevoegingsvervaardigingstegnologie die vinnigste ontwikkel onder die drie metaaltoevoegingsvervaardigingstegnologieë hierbo genoem.
Lasermetaal byvoegingsvervaardigingstegnologie kan verder verdeel word in LPBF en DED. Figuur 1 toon 'n tipiese skematiese diagram van LPBF- en DED-prosesse. Die LPBF-proses, ook bekend as Selective Laser Melting (SLM), kan komplekse metaalkomponente vervaardig deur hoë-energie laserstrale langs 'n vaste pad op die oppervlak van 'n poeierbed te skandeer. Dan smelt die poeier en stol laag vir laag. Die DED-proses sluit hoofsaaklik twee drukprosesse in: lasersmeltafsetting en laserdraadtoevoervervaardiging. Albei hierdie tegnologieë kan metaalonderdele direk vervaardig en herstel deur metaalpoeier of draad sinchronies te voer. In vergelyking met LPBF, het DED hoër produktiwiteit en groter vervaardigingsarea. Daarbenewens kan hierdie metode ook gerieflik saamgestelde materiale en funksioneel gegradeerde materiale voorberei. Die oppervlakkwaliteit van dele wat deur DED gedruk word, is egter altyd swak, en daaropvolgende verwerking is nodig om die dimensionele akkuraatheid van die teikenkomponent te verbeter.
In die huidige vervaardigingsproses vir lasertoevoeging is die gefokusde Gaussiese straal gewoonlik die energiebron. As gevolg van sy unieke energieverspreiding (hoë middelpunt, lae rand), sal dit egter waarskynlik hoë termiese gradiënte en onstabiliteit van die smeltpoel veroorsaak. Dit lei tot swak vormkwaliteit van gedrukte dele. Daarbenewens, as die middeltemperatuur van die gesmelte swembad te hoog is, sal dit veroorsaak dat die lae smeltpunt metaalelemente verdamp, wat die onstabiliteit van die LBPF-proses verder vererger. Daarom, met 'n toename in porositeit, word die meganiese eienskappe en vermoeidheidslewe van gedrukte dele aansienlik verminder. Die ongelyke energieverspreiding van Gaussiese strale lei ook tot lae laserenergiebenuttingsdoeltreffendheid en oormatige energievermorsing. Ten einde beter drukkwaliteit te bereik, het geleerdes begin om kompensasie vir die defekte van Gaussiese strale te ondersoek deur prosesparameters soos laserkrag, skanderingspoed, poeierlaagdikte en skanderingstrategie te wysig, ten einde die moontlikheid van energie-insette te beheer. As gevolg van die baie nou verwerkingsvenster van hierdie metode, beperk vaste fisiese beperkings die moontlikheid van verdere optimalisering. Byvoorbeeld, die verhoging van laserkrag en skandeerspoed kan hoë vervaardigingsdoeltreffendheid bereik, maar kom dikwels ten koste van die prys van drukkwaliteit. In onlangse jare kan die verandering van die laserenergieverspreiding deur straalvormingstrategieë die vervaardigingsdoeltreffendheid en drukkwaliteit aansienlik verbeter, wat die toekomstige ontwikkelingsrigting van lasertoevoegingsvervaardigingstegnologie kan word. Straalvormingstegnologie verwys gewoonlik na die aanpassing van die golffrontverspreiding van die insetbundel om die verlangde intensiteitsverspreiding en voortplantingskenmerke te verkry. Die toepassing van balkvormingstegnologie in metaaltoevoegingsvervaardigingstegnologie word in Figuur 2 getoon.
Toepassing van balkvormingstegnologie in lasertoevoegingsvervaardiging
Die tekortkominge van tradisionele Gaussiese balkdruk
In metaal laser byvoeging vervaardigingstegnologie het die energieverspreiding van die laserstraal 'n beduidende impak op die kwaliteit van gedrukte dele. Alhoewel Gaussiese balke wyd gebruik word in metaallasertoevoegingsvervaardigingstoerusting, ly hulle aan ernstige nadele soos onstabiele drukkwaliteit, lae energiebenutting en nou prosesvensters in die additiewe vervaardigingsproses. Onder hulle is die smeltproses van die poeier en die dinamika van die gesmelte swembad tydens die metaallasertoevoegingsproses nou verwant aan die dikte van die poeierlaag. As gevolg van die teenwoordigheid van poeier spat en erosie sones, die werklike dikte van die poeier laag is hoër as die teoretiese verwagting. Tweedens het die stoomkolom die vernaamste agterwaartse straalspatsels veroorsaak. Die metaaldamp bots met die agterwand om spatsels te vorm, wat langs die voorwand loodreg op die konkawe area van die gesmelte poel gespuit word (soos getoon in Figuur 3). As gevolg van die komplekse interaksie tussen die laserstraal en spatsels, kan die uitgegooide spatsels die drukkwaliteit van daaropvolgende poeierlae ernstig beïnvloed. Daarbenewens beïnvloed die vorming van sleutelgate in die smeltpoel ook die kwaliteit van gedrukte dele ernstig. Die interne porieë van die gedrukte stuk word hoofsaaklik veroorsaak deur onstabiele sluitgate.
Die vormingsmeganisme van defekte in balkvormingstegnologie
Straalvormingstegnologie kan werkverrigtingverbetering in verskeie dimensies gelyktydig bereik, wat verskil van Gaussiese balke wat werkverrigting in een dimensie verbeter ten koste van die opoffering van ander dimensies. Straalvormingstegnologie kan die temperatuurverspreiding en vloeieienskappe van die smeltpoel akkuraat aanpas. Deur die verspreiding van laserenergie te beheer, word 'n relatief stabiele gesmelte poel met 'n klein temperatuurgradiënt verkry. Gepaste laserenergieverspreiding is voordelig vir die onderdrukking van porositeit en sputterdefekte, en om die kwaliteit van laserdrukwerk op metaalonderdele te verbeter. Dit kan verskeie verbeterings in produksiedoeltreffendheid en poeierbenutting bereik. Terselfdertyd bied balkvormingstegnologie ons meer verwerkingstrategieë, wat die vryheid van prosesontwerp grootliks bevry, wat 'n revolusionêre vooruitgang in lasertoevoegingsvervaardigingstegnologie is.
Postyd: 28 Februarie 2024
