Մետաղական լազերային հավելանյութերի արտադրության մեջ ճառագայթային ձևավորման տեխնոլոգիայի կիրառումը

Լազերային հավելումային արտադրության (ԼԱ) տեխնոլոգիան, իր բարձր արտադրական ճշգրտությամբ, ուժեղ ճկունությամբ և ավտոմատացման բարձր աստիճանի առավելություններով, լայնորեն կիրառվում է ավտոմոբիլային, բժշկական, ավիատիեզերական և այլ ոլորտներում հիմնական բաղադրիչների արտադրության մեջ (օրինակ՝ հրթիռային վառելիքի ծայրակալներ, արբանյակային անտենաների փակագծեր, մարդկային իմպլանտներ և այլն): Այս տեխնոլոգիան կարող է զգալիորեն բարելավել տպագիր մասերի համակցված աշխատանքը՝ նյութական կառուցվածքի և աշխատանքի ինտեգրված արտադրության միջոցով: Ներկայումս լազերային հավելումային արտադրության տեխնոլոգիան սովորաբար ընդունում է կենտրոնացված գաուսյան ճառագայթ՝ բարձր կենտրոնական և ցածր եզրային էներգիայի բաշխմամբ: Այնուամենայնիվ, այն հաճախ առաջացնում է բարձր ջերմային գրադիենտներ հալույթում, ինչը հանգեցնում է ծակոտիների և խոշոր հատիկների հետագա առաջացմանը: Ճառագայթի ձևավորման տեխնոլոգիան այս խնդիրը լուծելու նոր մեթոդ է, որը բարելավում է տպագրության արդյունավետությունը և որակը՝ կարգավորելով լազերային ճառագայթի էներգիայի բաշխումը:

Համեմատած ավանդական հանման և համարժեք արտադրության հետ, մետաղական հավելանյութերի արտադրության տեխնոլոգիան ունի այնպիսի առավելություններ, ինչպիսիք են կարճ արտադրական ցիկլի տևողությունը, բարձր մշակման ճշգրտությունը, նյութերի բարձր օգտագործման մակարդակը և մասերի ընդհանուր լավ կատարողականությունը: Հետևաբար, մետաղական հավելանյութերի արտադրության տեխնոլոգիան լայնորեն կիրառվում է այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են ավիատիեզերական արդյունաբերությունը, զենքը և սարքավորումները, միջուկային էներգիան, կենսադեղագործությունը և ավտոմոբիլային արդյունաբերությունը: Դիսկրետ դարսման սկզբունքի հիման վրա, մետաղական հավելանյութերի արտադրությունը օգտագործում է էներգիայի աղբյուր (օրինակ՝ լազեր, աղեղ կամ էլեկտրոնային ճառագայթ)՝ փոշին կամ մետաղալարը հալեցնելու համար, ապա դրանք շերտ առ շերտ դարսելով՝ նպատակային բաղադրիչը արտադրելու համար: Այս տեխնոլոգիան զգալի առավելություններ ունի փոքր խմբաքանակների, բարդ կառուցվածքների կամ անհատականացված մասերի արտադրության մեջ: Նյութերը, որոնք չեն կարող կամ դժվար է մշակել ավանդական տեխնիկայով, նույնպես հարմար են հավելանյութերի արտադրության մեթոդներով պատրաստման համար: Վերոնշյալ առավելությունների շնորհիվ հավելանյութերի արտադրության տեխնոլոգիան լայն ուշադրություն է գրավել գիտնականների կողմից՝ ինչպես երկրի ներսում, այնպես էլ միջազգային մակարդակով: Վերջին մի քանի տասնամյակների ընթացքում հավելանյութերի արտադրության տեխնոլոգիան արագ առաջընթաց է գրանցել: Լազերային հավելանյութերի արտադրության սարքավորումների ավտոմատացման և ճկունության, ինչպես նաև լազերային բարձր էներգիայի խտության և բարձր մշակման ճշգրտության համապարփակ առավելությունների շնորհիվ, լազերային հավելանյութերի արտադրության տեխնոլոգիան ամենաարագն է զարգացել վերը նշված երեք մետաղական հավելանյութերի արտադրության տեխնոլոգիաների շարքում:

Լազերային մետաղական հավելանյութերի արտադրության տեխնոլոգիան կարելի է բաժանել LPBF-ի և DED-ի: Նկար 1-ը ցույց է տալիս LPBF և DED գործընթացների բնորոշ սխեմատիկ դիագրամը: LPBF գործընթացը, որը հայտնի է նաև որպես ընտրողական լազերային հալեցում (SLM), կարող է արտադրել բարդ մետաղական բաղադրիչներ՝ բարձր էներգիայի լազերային ճառագայթները սկանավորելով փոշու շերտի մակերեսին ֆիքսված ուղու երկայնքով: Այնուհետև փոշին հալվում և պնդանում է շերտ առ շերտ: DED գործընթացը հիմնականում ներառում է տպագրության երկու գործընթաց՝ լազերային հալեցման նստեցում և լազերային մետաղալարով սնուցող հավելանյութերի արտադրություն: Այս երկու տեխնոլոգիաներն էլ կարող են ուղղակիորեն արտադրել և վերանորոգել մետաղական մասեր՝ մետաղական փոշի կամ մետաղալար միաժամանակ սնուցելով: LPBF-ի համեմատ, DED-ն ունի ավելի բարձր արտադրողականություն և ավելի մեծ արտադրական տարածք: Բացի այդ, այս մեթոդը կարող է նաև հարմար կերպով պատրաստել կոմպոզիտային նյութեր և ֆունկցիոնալ առումով դասակարգված նյութեր: Այնուամենայնիվ, DED-ով տպված մասերի մակերեսի որակը միշտ վատ է, և հետագա մշակումը անհրաժեշտ է թիրախային բաղադրիչի չափային ճշգրտությունը բարելավելու համար:

Լազերային հավելումային արտադրության ներկայիս գործընթացում, կենտրոնացված գաուսյան ճառագայթը սովորաբար էներգիայի աղբյուր է։ Սակայն, իր յուրահատուկ էներգիայի բաշխման պատճառով (բարձր կենտրոն, ցածր եզր), այն, հավանաբար, կառաջացնի բարձր ջերմային գրադիենտներ և հալման լողավազանի անկայունություն։ Արդյունքում՝ տպագիր մասերի ձևավորման որակը վատանում է։ Բացի այդ, եթե հալված լողավազանի կենտրոնական ջերմաստիճանը չափազանց բարձր է, դա կհանգեցնի ցածր հալման կետ ունեցող մետաղական տարրերի գոլորշիացմանը, ինչը կխորացնի LBPF գործընթացի անկայունությունը։ Հետևաբար, ծակոտկենության աճի հետ մեկտեղ, տպագիր մասերի մեխանիկական հատկությունները և հոգնածության ժամկետը զգալիորեն նվազում են։ Գաուսյան ճառագայթների անհավասար էներգիայի բաշխումը նաև հանգեցնում է լազերային էներգիայի օգտագործման ցածր արդյունավետության և էներգիայի չափազանց մեծ կորստի։ Ավելի լավ տպագրության որակի հասնելու համար գիտնականները սկսել են ուսումնասիրել գաուսյան ճառագայթների թերությունների փոխհատուցման ուղիները՝ փոփոխելով գործընթացի պարամետրերը, ինչպիսիք են լազերի հզորությունը, սկանավորման արագությունը, փոշու շերտի հաստությունը և սկանավորման ռազմավարությունը, էներգիայի մուտքի հնարավորությունը վերահսկելու համար։ Այս մեթոդի շատ նեղ մշակման պատուհանի պատճառով, ֆիքսված ֆիզիկական սահմանափակումները սահմանափակում են հետագա օպտիմալացման հնարավորությունը։ Օրինակ՝ լազերի հզորության և սկանավորման արագության մեծացումը կարող է հասնել բարձր արտադրական արդյունավետության, սակայն հաճախ դա հանգեցնում է տպագրության որակի կորստի։ Վերջին տարիներին լազերի էներգիայի բաշխման փոփոխությունը ճառագայթի ձևավորման ռազմավարությունների միջոցով կարող է զգալիորեն բարելավել արտադրական արդյունավետությունը և տպագրության որակը, ինչը կարող է դառնալ լազերային հավելումային արտադրության տեխնոլոգիայի ապագա զարգացման ուղղությունը։ Ճառագայթի ձևավորման տեխնոլոգիան ընդհանուր առմամբ վերաբերում է մուտքային ճառագայթի ալիքային ճակատի բաշխման ճշգրտմանը՝ ցանկալի ինտենսիվության բաշխման և տարածման բնութագրերը ստանալու համար։ Ճառագայթի ձևավորման տեխնոլոգիայի կիրառումը մետաղական հավելումային արտադրության տեխնոլոգիայում ներկայացված է նկար 2-ում։

Լազերային հավելանյութերի արտադրության մեջ ճառագայթային ձևավորման տեխնոլոգիայի կիրառումը

Ավանդական գաուսյան ճառագայթային տպագրության թերությունները

Մետաղական լազերային հավելանյութերի արտադրության տեխնոլոգիայում լազերային ճառագայթի էներգիայի բաշխումը զգալի ազդեցություն ունի տպագիր մասերի որակի վրա: Չնայած գաուսյան ճառագայթները լայնորեն օգտագործվել են մետաղական լազերային հավելանյութերի արտադրության սարքավորումներում, դրանք ունեն լուրջ թերություններ, ինչպիսիք են անկայուն տպագրության որակը, էներգիայի ցածր օգտագործումը և հավելանյութերի արտադրության գործընթացում նեղ գործընթացային պատուհանները: Դրանց թվում են փոշու հալման գործընթացը և հալված լողավազանի դինամիկան մետաղական լազերային հավելանյութերի արտադրության գործընթացում սերտորեն կապված են փոշու շերտի հաստության հետ: Փոշու ցայտքի և էրոզիայի գոտիների առկայության պատճառով փոշու շերտի իրական հաստությունը ավելի բարձր է, քան տեսական սպասումը: Երկրորդ, գոլորշու սյունը առաջացրել է հիմնական հետադարձ ցայտքերը: Մետաղական գոլորշին բախվում է հետևի պատին՝ առաջացնելով ցայտքեր, որոնք ցողվում են առջևի պատի երկայնքով՝ հալված լողավազանի գոգավոր մակերեսին ուղղահայաց (ինչպես ցույց է տրված նկար 3-ում): Լազերային ճառագայթի և ցայտքերի միջև բարդ փոխազդեցության պատճառով, արտանետվող ցայտքերը կարող են լրջորեն ազդել հետագա փոշու շերտերի տպագրության որակի վրա: Բացի այդ, հալված լողավազանում անցքերի առաջացումը նույնպես լուրջ ազդեցություն է ունենում տպագիր մասերի որակի վրա: Տպագրված կտորի ներքին ծակոտիները հիմնականում առաջանում են անկայուն ամրացման անցքերից:

Ճառագայթի ձևավորման տեխնոլոգիայի թերությունների ձևավորման մեխանիզմը

Ճառագայթի ձևավորման տեխնոլոգիան կարող է միաժամանակ հասնել բազմաթիվ չափումներում կատարողականի բարելավման, ինչը տարբերվում է գաուսյան ճառագայթներից, որոնք բարելավում են կատարողականը մեկ չափումում՝ մյուս չափումները զոհաբերելու գնով: Ճառագայթի ձևավորման տեխնոլոգիան կարող է ճշգրիտ կարգավորել հալման լողավազանի ջերմաստիճանի բաշխումը և հոսքի բնութագրերը: Լազերային էներգիայի բաշխումը վերահսկելով՝ ստացվում է համեմատաբար կայուն հալված լողավազան՝ փոքր ջերմաստիճանային գրադիենտով: Լազերային էներգիայի համապատասխան բաշխումը օգտակար է ծակոտկենության և ցողման թերությունները ճնշելու, ինչպես նաև մետաղական մասերի վրա լազերային տպագրության որակը բարելավելու համար: Այն կարող է հասնել արտադրության արդյունավետության և փոշու օգտագործման տարբեր բարելավումների: Միևնույն ժամանակ, ճառագայթի ձևավորման տեխնոլոգիան մեզ տրամադրում է ավելի շատ մշակման ռազմավարություններ, որոնք մեծապես ազատում են գործընթացի նախագծման ազատությունը, ինչը լազերային հավելումային արտադրության տեխնոլոգիայի հեղափոխական առաջընթաց է: