Лазер өстәмә җитештерү (АМ) технологиясе, югары җитештерү төгәллеге, көчле сыгылмалылык һәм югары дәрәҗәдәге автоматизация кебек өстенлекләре белән, автомобиль, медицина, аэрокосмик һ.б. өлкәләрдә төп компонентларны (мәсәлән, ракета ягулыгы насадкалары, юлдаш антеннасы кронштейннары, кеше имплантлары һ.б.) җитештерүдә киң кулланыла. Бу технология материал структурасын һәм эшчәнлеген интеграцияләнгән җитештерү аша бастырылган детальләрнең берләштерелгән эшчәнлеген сизелерлек яхшырта ала. Хәзерге вакытта лазер өстәмә җитештерү технологиясе, гадәттә, югары үзәк һәм түбән кырый энергия бүленеше белән фокусланган Гаусс нурын куллана. Ләкин ул еш кына эремәдә югары җылылык градиентларын барлыкка китерә, бу соңыннан мәсамә һәм эре бөртекләр барлыкка килүгә китерә. Нур формалаштыру технологиясе - бу проблеманы чишү өчен яңа ысул, ул лазер нуры энергиясе бүленешен көйләү юлы белән бастыру нәтиҗәлелеген һәм сыйфатын яхшырта.
Традицион алу һәм эквивалент җитештерү белән чагыштырганда, металл өстәмә җитештерү технологиясенең кыска җитештерү циклы вакыты, югары эшкәртү төгәллеге, югары материал куллану күрсәткече һәм детальләрнең гомуми яхшы эшләве кебек өстенлекләре бар. Шуңа күрә металл өстәмә җитештерү технологиясе аэрокосмик, корал һәм җиһазлар, атом энергетикасы, биофармацевтика һәм автомобильләр кебек тармакларда киң кулланыла. Дискрет катламлау принцибына нигезләнеп, металл өстәмә җитештерү порошокны яки чыбыкны эретү өчен энергия чыганагын (мәсәлән, лазер, дуга яки электрон нуры) куллана, аннары максатлы компонентны җитештерү өчен аларны катлам-катлам өя. Бу технологиянең кечкенә партияләр, катлаулы структуралар яки шәхси детальләр җитештерүдә зур өстенлекләре бар. Традицион ысуллар белән эшкәртеп булмый торган яки эшкәртү авыр булган материаллар өстәмә җитештерү ысулларын кулланып әзерләү өчен дә яраклы. Югарыда күрсәтелгән өстенлекләр аркасында, өстәмә җитештерү технологиясе галимнәрнең эчке һәм халыкара игътибарын җәлеп итте. Соңгы берничә дистә ел эчендә өстәмә җитештерү технологиясе тиз алга китте. Лазер өстәмә җитештерү җиһазларының автоматизациясе һәм сыгылучанлыгы, шулай ук югары лазер энергиясе тыгызлыгы һәм югары эшкәртү төгәллегенең комплекслы өстенлекләре аркасында, лазер өстәмә җитештерү технологиясе югарыда телгә алынган өч металл өстәмә җитештерү технологиясе арасында иң тиз үсеш алды.
Лазер металл өстәмәләре җитештерү технологиясен LPBF һәм DED дип бүлеп була. 1 нче рәсемдә LPBF һәм DED процессларының типик схемасы күрсәтелгән. LPBF процессы, шулай ук сайлап алынган лазер эретү (SLM) дип тә атала, порошок катламы өслегендәге билгеләнгән юл буенча югары энергияле лазер нурларын сканерлау юлы белән катлаулы металл компонентларын җитештерә ала. Аннары порошок эреп катлам саен катылана. DED процессы, нигездә, ике бастыру процессын үз эченә ала: лазер эретү һәм лазер чыбык белән тукландыру өстәмәләре җитештерү. Бу ике технология дә металл порошогын яки чыбыкны синхрон рәвештә тукландыру юлы белән металл детальләрен турыдан-туры җитештерә һәм ремонтлый ала. LPBF белән чагыштырганда, DED югарырак җитештерүчәнлеккә һәм зуррак җитештерү мәйданына ия. Моннан тыш, бу ысул шулай ук композит материалларны һәм функциональ яктан сортланган материалларны уңайлы рәвештә әзерләргә мөмкинлек бирә. Ләкин, DED белән бастырылган детальләрнең өслек сыйфаты һәрвакыт начар, һәм максатлы компонентның үлчәм төгәллеген яхшырту өчен аннан соң эшкәртү кирәк.
Хәзерге лазер өстәмәләрен җитештерү процессында, гадәттә, фокусланган Гаусс нуры энергия чыганагы булып тора. Ләкин, аның уникаль энергия бүленеше (югары үзәк, түбән кырый) аркасында, ул югары термик градиентларга һәм эретү пулының тотрыксызлыгына китерергә мөмкин. Нәтиҗәдә, бастырылган детальләрнең формалаштыру сыйфаты начарлана. Моннан тыш, эретелгән пулның үзәк температурасы артык югары булса, ул түбән эрү температурасы металл элементларының парга әйләнүенә китерәчәк, бу LBPF процессының тотрыксызлыгын тагын да көчәйтә. Шуңа күрә, мәсамәлелек арту белән, бастырылган детальләрнең механик үзлекләре һәм арыганлык гомере сизелерлек кими. Гаусс нурларының тигез булмаган энергия бүленеше шулай ук лазер энергиясен куллану нәтиҗәлелегенең түбән булуына һәм артык энергия әрәм итүенә китерә. Бастыру сыйфатын яхшырту өчен, галимнәр энергия кертү мөмкинлеген контрольдә тоту өчен лазер көче, сканерлау тизлеге, порошок катламы калынлыгы һәм сканерлау стратегиясе кебек процесс параметрларын үзгәртү юлы белән Гаусс нурларының кимчелекләрен компенсацияләүне өйрәнә башладылар. Бу ысулның бик тар эшкәртү тәрәзәсе аркасында, билгеләнгән физик чикләүләр алга таба оптимизацияләү мөмкинлеген чикли. Мәсәлән, лазер көчен һәм сканерлау тизлеген арттыру югары җитештерү нәтиҗәлелегенә ирешергә мөмкин, ләкин еш кына бастыру сыйфатын югалту бәясенә килә. Соңгы елларда нур формалаштыру стратегияләре аша лазер энергиясен бүлүне үзгәртү җитештерү нәтиҗәлелеген һәм бастыру сыйфатын сизелерлек яхшырта ала, бу лазер өстәмә җитештерү технологиясенең киләчәктәге үсеш юнәлеше булырга мөмкин. Нур формалаштыру технологиясе, гадәттә, теләгән интенсивлык бүленешен һәм таралу үзенчәлекләрен алу өчен керү нурының дулкын фронты бүленешен көйләүне аңлата. Металл өстәмә җитештерү технологиясендә нур формалаштыру технологиясен куллану 2 нче рәсемдә күрсәтелгән.
Лазер өстәмәләре җитештерүдә нур формалаштыру технологиясен куллану
Гаусс нурлы бастыруның традицион кимчелекләре
Металл лазер өстәмәләре җитештерү технологиясендә лазер нурының энергия бүленеше бастырылган детальләрнең сыйфатына зур йогынты ясый. Гаусс нурлары металл лазер өстәмәләре җитештерү җиһазларында киң кулланылса да, алар басма сыйфатының тотрыксызлыгы, энергияне түбән куллану һәм өстәмәләр җитештерү процессында тар процесс тәрәзәләре кебек җитди кимчелекләрдән интегә. Алар арасында порошокның эрү процессы һәм металл лазер өстәмәләре процессында эрегән күлнең динамикасы порошок катламының калынлыгы белән тыгыз бәйләнгән. Порошок сиптерү һәм эрозия зоналары булу сәбәпле, порошок катламының чын калынлыгы теоретик көтелгәннән югарырак. Икенчедән, пар колонкасы төп кире агым сиптерүләренә сәбәпче булды. Металл пары арткы стена белән бәрелешеп, сиптерүләр барлыкка китерә, алар эрегән күлнең баткан өлкәсенә перпендикуляр алгы стена буйлап сиптерелә (3 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә). Лазер нуры һәм сиптерүләр арасындагы катлаулы үзара бәйләнеш аркасында, чыгарылган сиптерүләр аннан соңгы порошок катламнарының бастыру сыйфатына җитди йогынты ясый ала. Моннан тыш, эрегән күлдә ачкыч тишекләре барлыкка килү бастырылган детальләрнең сыйфатына да җитди йогынты ясый. Басылган әйбернең эчке тишекләре, нигездә, тотрыксыз бикләнүче тишекләр аркасында барлыкка килә.
Нур формалаштыру технологиясендә җитешсезлекләрнең барлыкка килү механизмы
Нур формалаштыру технологиясе бер үк вакытта берничә үлчәмдә эшчәнлекне яхшыртырга мөмкин, бу Гаусс нурларыннан аерылып тора, алар бер үлчәмдә эшчәнлекне башка үлчәмнәрдән баш тарту бәрабәренә яхшырта. Нур формалаштыру технологиясе эретү пулының температура бүленешен һәм агым үзенчәлекләрен төгәл көйли ала. Лазер энергиясенең бүленешен контрольдә тоту аша, температура градиенты аз булган чагыштырмача тотрыклы эретү пулы алына. Лазер энергиясенең тиешле бүленеше пора-пора булуны һәм сиптерү кимчелекләрен бастыру, шулай ук металл детальләрдә лазер бастыру сыйфатын яхшырту өчен файдалы. Ул җитештерү нәтиҗәлелегендә һәм порошок куллануда төрле яхшыруларга ирешә ала. Шул ук вакытта, нур формалаштыру технологиясе безгә күбрәк эшкәртү стратегияләре бирә, процесс дизайны иреген шактый азат итә, бу лазер өстәмәләре җитештерү технологиясендә революцион алгарыш.
Бастырылган вакыты: 2024 елның 28 феврале
