Փնջի ձևավորման տեխնոլոգիայի կիրառում մետաղական լազերային հավելումների արտադրության մեջ

Լազերային հավելումների արտադրության (AM) տեխնոլոգիան իր առավելություններով՝ արտադրության բարձր ճշգրտությամբ, ուժեղ ճկունությամբ և ավտոմատացման բարձր աստիճանով, լայնորեն օգտագործվում է հիմնական բաղադրիչների արտադրության մեջ այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են ավտոմոբիլային, բժշկական, օդատիեզերական և այլն (օրինակ՝ հրթիռ): վառելիքի վարդակներ, արբանյակային ալեհավաքի փակագծեր, մարդու իմպլանտներ և այլն):Այս տեխնոլոգիան կարող է զգալիորեն բարելավել տպագիր մասերի համակցված աշխատանքը՝ նյութի կառուցվածքի և կատարողականի ինտեգրված արտադրության միջոցով:Ներկայումս լազերային հավելումների արտադրության տեխնոլոգիան, ընդհանուր առմամբ, ընդունում է կենտրոնացված Գաուսի ճառագայթը բարձր կենտրոնով և ցածր եզրային էներգիայի բաշխմամբ:Այնուամենայնիվ, այն հաճախ առաջացնում է բարձր ջերմային գրադիենտներ հալոցքում, ինչը հանգեցնում է ծակոտիների և կոպիտ հատիկների հետագա ձևավորմանը:Ճառագայթների ձևավորման տեխնոլոգիան այս խնդրի լուծման նոր մեթոդ է, որը բարելավում է տպագրության արդյունավետությունն ու որակը՝ կարգավորելով լազերային ճառագայթների էներգիայի բաշխումը:

Համեմատած ավանդական հանման և համարժեք արտադրության հետ՝ մետաղական հավելումների արտադրության տեխնոլոգիան ունի այնպիսի առավելություններ, ինչպիսիք են արտադրության կարճ ցիկլի ժամանակը, մշակման բարձր ճշգրտությունը, նյութերի օգտագործման բարձր մակարդակը և մասերի ընդհանուր լավ կատարումը:Հետևաբար, մետաղական հավելումների արտադրության տեխնոլոգիան լայնորեն օգտագործվում է այնպիսի արդյունաբերություններում, ինչպիսիք են օդատիեզերական արդյունաբերությունը, զենքերը և սարքավորումները, միջուկային էներգիան, կենսադեղագործական արտադրանքը և ավտոմեքենաները:Ելնելով դիսկրետ կուտակման սկզբունքից՝ մետաղական հավելումների արտադրությունն օգտագործում է էներգիայի աղբյուր (ինչպիսիք են լազերային, աղեղը կամ էլեկտրոնային ճառագայթը) փոշին կամ մետաղալարը հալեցնելու համար, այնուհետև դրանք շերտ առ շերտ կուտակում է նպատակային բաղադրիչը արտադրելու համար:Այս տեխնոլոգիան զգալի առավելություններ ունի փոքր խմբաքանակների, բարդ կառուցվածքների կամ անհատականացված մասերի արտադրության մեջ:Այն նյութերը, որոնք չեն կարող կամ դժվար է մշակվել ավանդական տեխնիկայի միջոցով, նույնպես հարմար են հավելումների արտադրության մեթոդներով պատրաստման համար:Վերոնշյալ առավելությունների շնորհիվ հավելումների արտադրության տեխնոլոգիան գրավել է գիտնականների լայնածավալ ուշադրությունը ինչպես ներքին, այնպես էլ միջազգային մակարդակում:Վերջին մի քանի տասնամյակների ընթացքում հավելումների արտադրության տեխնոլոգիան արագ առաջընթաց է գրանցել:Լազերային հավելումների արտադրության սարքավորումների ավտոմատացման և ճկունության, ինչպես նաև լազերային էներգիայի բարձր խտության և մշակման բարձր ճշգրտության համապարփակ առավելությունների շնորհիվ լազերային հավելումների արտադրության տեխնոլոգիան ամենաարագն է զարգացել վերը նշված մետաղական հավելումների արտադրության երեք տեխնոլոգիաներից:

Լազերային մետաղական հավելումների արտադրության տեխնոլոգիան կարելի է բաժանել LPBF և DED:Նկար 1-ը ցույց է տալիս LPBF և DED գործընթացների բնորոշ սխեմատիկ դիագրամ:LPBF գործընթացը, որը նաև հայտնի է որպես Ընտրովի լազերային հալում (SLM), կարող է արտադրել բարդ մետաղական բաղադրիչներ՝ սկանավորելով բարձր էներգիայի լազերային ճառագայթները փոշու շերտի մակերեսի վրա ֆիքսված ճանապարհի երկայնքով:Այնուհետև փոշին շերտ առ շերտ հալվում և ամրանում է։DED գործընթացը հիմնականում ներառում է երկու տպագրական գործընթաց՝ լազերային հալման նստվածք և լազերային լարերի սնուցման հավելումների արտադրություն:Այս երկու տեխնոլոգիաներն էլ կարող են ուղղակիորեն արտադրել և վերանորոգել մետաղական մասեր՝ համաժամանակյա կերակրելով մետաղի փոշին կամ մետաղալարը:LPBF-ի համեմատ, DED-ն ունի ավելի բարձր արտադրողականություն և ավելի մեծ արտադրական տարածք:Բացի այդ, այս մեթոդը կարող է նաև հարմարավետորեն պատրաստել կոմպոզիտային նյութեր և ֆունկցիոնալ դասակարգված նյութեր:Այնուամենայնիվ, DED-ի կողմից տպված մասերի մակերեսի որակը միշտ վատ է, և հետագա մշակումն անհրաժեշտ է թիրախային բաղադրիչի չափերի ճշգրտությունը բարելավելու համար:

Ներկայիս լազերային հավելումների արտադրության գործընթացում կենտրոնացված Գաուսի ճառագայթը սովորաբար էներգիայի աղբյուր է:Այնուամենայնիվ, շնորհիվ իր յուրահատուկ էներգիայի բաշխման (բարձր կենտրոն, ցածր եզր), այն հավանաբար կառաջացնի բարձր ջերմային գրադիենտներ և հալոցքի ավազանի անկայունություն:Արդյունքում տպագրված մասերի ձևավորման վատ որակը:Բացի այդ, եթե հալած ավազանի կենտրոնական ջերմաստիճանը չափազանց բարձր է, դա կհանգեցնի ցածր հալման կետի մետաղական տարրերի գոլորշիացմանը, ինչը ավելի կսրի LBPF գործընթացի անկայունությունը:Հետևաբար, ծակոտկենության աճով զգալիորեն կրճատվում են տպագիր մասերի մեխանիկական հատկությունները և հոգնածության ժամկետը:Գաուսյան ճառագայթների էներգիայի անհավասար բաշխումը հանգեցնում է նաև լազերային էներգիայի օգտագործման ցածր արդյունավետության և էներգիայի ավելորդ վատնման:Ավելի լավ տպագրության որակի հասնելու համար գիտնականները սկսել են ուսումնասիրել Գաուսի ճառագայթների թերությունների փոխհատուցումը` փոփոխելով գործընթացի պարամետրերը, ինչպիսիք են լազերային հզորությունը, սկանավորման արագությունը, փոշու շերտի հաստությունը և սկանավորման ռազմավարությունը, որպեսզի վերահսկեն էներգիայի ներդրման հնարավորությունը:Այս մեթոդի մշակման շատ նեղ պատուհանի պատճառով ֆիքսված ֆիզիկական սահմանափակումները սահմանափակում են հետագա օպտիմալացման հնարավորությունը:Օրինակ, լազերային հզորության և սկանավորման արագության ավելացումը կարող է հասնել արտադրության բարձր արդյունավետության, բայց հաճախ դա հանգեցնում է տպագրության որակի զոհաբերության:Վերջին տարիներին լազերային էներգիայի բաշխման փոփոխությունը ճառագայթների ձևավորման ռազմավարությունների միջոցով կարող է զգալիորեն բարելավել արտադրության արդյունավետությունը և տպագրության որակը, ինչը կարող է դառնալ լազերային հավելումների արտադրության տեխնոլոգիայի ապագա զարգացման ուղղությունը:Ճառագայթների ձևավորման տեխնոլոգիան, ընդհանուր առմամբ, վերաբերում է մուտքային ճառագայթի ալիքի ճակատի բաշխման ճշգրտմանը` ցանկալի ինտենսիվության բաշխման և տարածման բնութագրերը ստանալու համար:Փնջի ձևավորման տեխնոլոգիայի կիրառումը մետաղական հավելումների արտադրության տեխնոլոգիայում ներկայացված է Նկար 2-ում:

Ճառագայթման տեխնոլոգիայի կիրառումը լազերային հավելումների արտադրության մեջ

Ավանդական գաուսյան ճառագայթային տպագրության թերությունները

Մետաղական լազերային հավելումների արտադրության տեխնոլոգիայում լազերային ճառագայթի էներգիայի բաշխումը էական ազդեցություն ունի տպագիր մասերի որակի վրա:Չնայած Գաուսի ճառագայթները լայնորեն օգտագործվել են մետաղական լազերային հավելումների արտադրության սարքավորումներում, դրանք տառապում են լուրջ թերություններից, ինչպիսիք են տպագրության անկայուն որակը, էներգիայի ցածր օգտագործումը և հավելումների արտադրության գործընթացում պրոցեսի նեղ պատուհանները:Դրանցից փոշու հալման գործընթացը և մետաղական լազերային հավելումների գործընթացում հալած ավազանի դինամիկան սերտորեն կապված են փոշու շերտի հաստության հետ։Փոշու ցողման և էրոզիայի գոտիների առկայության պատճառով փոշու շերտի իրական հաստությունը ավելի բարձր է, քան տեսական ակնկալիքը:Երկրորդ, գոլորշու սյունը առաջացրել է հիմնական հետամնաց շիթերը:Մետաղական գոլորշին բախվում է հետևի պատին` առաջացնելով շիթեր, որոնք ցողվում են հալած ավազանի գոգավոր հատվածին ուղղահայաց ճակատային պատի երկայնքով (ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում):Լազերային ճառագայթների և շաղվածքների միջև բարդ փոխազդեցության պատճառով արտանետվող շիթերը կարող են լրջորեն ազդել փոշու հետագա շերտերի տպագրության որակի վրա:Բացի այդ, հալոցքի ավազանում առանցքային անցքերի առաջացումը նույնպես լրջորեն ազդում է տպագիր մասերի որակի վրա։Տպագրված կտորի ներքին ծակոտիները հիմնականում առաջանում են անկայուն կողպման անցքերից:

Ճառագայթների ձևավորման տեխնոլոգիայի թերությունների ձևավորման մեխանիզմը

Ճառագայթների ձևավորման տեխնոլոգիան կարող է հասնել կատարողականի բարելավմանը միաժամանակ մի քանի չափսերում, ինչը տարբերվում է Գաուսյան ճառագայթներից, որոնք բարելավում են կատարումը մեկ հարթության վրա՝ այլ չափերը զոհաբերելու գնով:Ճառագայթների ձևավորման տեխնոլոգիան կարող է ճշգրտորեն կարգավորել հալման ավազանի ջերմաստիճանի բաշխումը և հոսքի բնութագրերը:Լազերային էներգիայի բաշխումը վերահսկելով՝ ստացվում է համեմատաբար կայուն հալված ավազան՝ փոքր ջերմաստիճանի գրադիենտով։Լազերային էներգիայի համապատասխան բաշխումը ձեռնտու է ծակոտկենության և ցրման թերությունները ճնշելու և մետաղական մասերի վրա լազերային տպագրության որակը բարելավելու համար:Այն կարող է հասնել արտադրության արդյունավետության և փոշի օգտագործման տարբեր բարելավումների:Միևնույն ժամանակ, ճառագայթների ձևավորման տեխնոլոգիան մեզ տրամադրում է ավելի շատ մշակման ռազմավարություններ՝ մեծապես ազատելով գործընթացի նախագծման ազատությունը, ինչը հեղափոխական առաջընթաց է լազերային հավելումների արտադրության տեխնոլոգիայում: