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: