Yüzeyin Zorlukları Metal Katkısı İmalatında

Metal 3D baskı olarak da bilinen metal katkı (DED) ve binder jetonları bu avantajların, tek başına kullanılan metal parçalarının yaygın olarak kabul edilmesi veya yasaklanmış olması gerekir:0Küresel olarak kaba yatağı (LPBF)

Tipik metal AM yüzeyleri Ra (herif ortalama kabalık) 5 ila 30 μm veya daha yüksek, süreç parametrelerine bağlı olarak, toz özellikleri ve bina platformuna göre eğimli yüzeylere göre değişir.Bu kabalık kısmen eriyen parçacıklara bağlanır (oping effect), tabaka adım merdiveni ve doğal olarak düşük sürtünmeye, yüksek yorgunluklara veya optik-grad yansımalara erişir.

Lazer Polonyalı nedir?

Lazer parlatma, lazer enerjisinin, hızı, nokta boyutunu ve çakışını kontrol ederek, operatör en üst katta yatan en yüksek tabakaya neden oluyor - tam olarak 10 ve 100 μm derin bir şekilde – bir şekilde molten metaller, pürüzlülüğün vadilerine ve zirvelerine doğru doğru doğrultularak, üst düzeye doğru bir şekilde “smoothing”, üstografiye ulaşan hızlı bir şekilde sebep oluyor.

Geleneksel lazer kesim veya kaynak aksine, lazer parlatma sığ bir remelting rejimde çalışır, önemli malzeme geri çekilmekten veya toplu mekanik özelliklerin değiştirilmesinden kaçınır. Süreç, düz, eğrili ve hatta iç yüzeylere ulaşabilir.Bu, temassız, kuru bir süreçtir - katı olmayan bileşikler, aşındırıcılar veya siliş bileşikleri gerekir - çevresel olarak daha temiz ve manuel hale getirir.

Anahtar Fiziksel Mekanizmalar

Üç birincil fenomen lazer parlamasını yönetiyor:

  • [FONT:0)Kömert kuvvet altında akış: ) Yüzey gerilimi, tepelerdeki molten malzemenin vadilere kadar çekilmesini, yüzey düzensizliklerini azaltmasını sağlar.
  • [FONT:0)Marangoni convection: Sıcaklık gradients in the melt pool create shear stresses that re distributede material, more flattening the yüzey.
  • [FONT:0) Asperitylerin Vaporizasyonu: Aşırı derecede yüksek yerel sıcaklık keskin zirvelerde sınırlı buharlaşma, sürekli bir erişim oluşturmadan protabantasyonlara neden olabilir.

Bu mekanizmalar arasındaki denge, lazer parametreleri ve metalin termofizik özellikleri (örneğin, termal iletkenlik, sönümleme noktası, visity).

Metal 3D Printing için Lazer Polonyalılaştırmanın Faydaları

Lazer parlatıcı, metal parçaları katkı yapmak için uygulanan geleneksel bitirme yöntemlerinden birkaç farklı avantaj sunar:

1. Üst Yüzey Bitti

Lazer cilamı 80-95 tarafından sürekli olarak yüzey kabalığını azaltır, taşlama veya lapping ile karşılaştırılabilir. Bu, akış kanalları (basın düşmesi), yalıtım yüzeyleri ve deneyimleyen bileşenler için kritiktir.

2. Komplek Geometrilerin Koruması

Lazer programlanmış bir yol boyunca yönlendirilebilir, iç kanalları, uygun soğutma hatları ve dizgezegen medyalarına erişilemez olan lattice yapıları.Bu, topoloji-opted parçaların tasarımını korur.

3. Posta-Processing Adımlarını Azalt

Manual parlama iş yoğun, öznel ve zaman alıcıdır. Lazer parlatıcı bir üretim akışına otomatik ve entegre edilebilir, dramatik olarak liderlik süreleri ve operatör bağımlılığını azaltır. One lazer ciing istasyonu, saatlerce manuel taşlama yerini değiştirebilir.

4. Geliştirilmiş Mekanik Performans

Yüzeyi geri yükleme ve mikro-kahkalamalar stres konsantrasyon sitelerini azaltır, yorgunluk direncini geliştirir. Ek olarak, yeniden şekillendiren süreç yüzey çatlakları iyileştirebilir ve yüzeyin yakınında parça yoğunluğu geliştirir. Araştırmalar, lazer-polid LPBF 316L paslanmaz çelikin yüksek döngüsünde% 20-40 artış gösterebilir.

5. Geliştirilmiş Estetik ve Temizlenebilirlik

Parlak yüzeyler, bakteri temizleme ve tıbbi cihazlar için temiz ve daha az yatkındır. görünür tabaka hatlarının ortadan kaldırılması da tüketiciye dönük parçalar için kozmetik görünümleri artırır.

6. Minimal Material Removal

İşlemenin aksine, lazer düzgün materyali kaldırır (tipik olarak <0.05 mm geçiş başına), boyut toleranslarını korumak. Çoklu geçiş, sıkı tolerans olmadan gerekli olup uygulanmaz.

Polonya Süreci Nasıl Çalışıyor: Adım-by-Step

Metal 3D baskılı bir bölümün parlatılması için prosedür birkaç aşamaya ayrılabilir, her önemli tutarlı, yüksek kaliteli sonuçlar elde etmek için.

Adım 1: Pre-Cleaning ve Hazırlık

Kısmı gevşek toz, oksitlerden ve organik kirleticilerden ücretsiz olmalıdır. Tipik olarak, lazer absorpsiyonuna müdahale edebilecek bir termodinamik temizlik (isopropanol veya acetone) yeterli kurutarak, titanyum gibi reaktif metaller için, hafif bir asit geçişi, lazer absorpsiyonuna müdahale etmek gerekli olabilir.

2. Adım: Fixturing and Sort

Kombinasyon sırasında hareketi önlemek için CNC veya robotik bir fikstürde anahtarlanır. Lazer yerinden edilme sensörü veya kamera bazlı hizalama sistemi yüzey topoloji haritaları ve lazer tarama yolundaki rolü kaydeder.

Adım 3: Lazer Para Seçimi

Operatör, malzemeye ve istenen bitişe göre bir kiriş büyüklüğündeki bir kiriş boyutunu seçer (tipik olarak 100-1000 μm), lazer gücü (20-500 W), tarama hızı (50-2000 mm /s), tarama hızı (sonrasık parçalarına göre) ve tarama (konuşturma veya istenen bitişe göre).

  • Paslanmaz çelik 316L: güç ~100 W, tarama hızı -500 mm /s, nokta büyüklüğü ~300 μm,% 30.
  • Ti-6Al-4V: güç 60-80 W, daha yavaş hız -200 mm / daha yüksek yansımayı yönetmek için.
  • AlSi10Mg: yüksek termal iletkenlik nedeniyle daha düşük güç, aşırı erime havuzlarından kaçınmak için hızlı bir tarama.

Süreç parametreleri genellikle her malzeme ve yüzey durumu için tasarım-of-experiments (DOE) kullanılarak optimize edilir.

Adım 4: Lazer Tarama ve Re-melting

Lazer, programlanmış yollara göre yüzeyde anlaşılabilir. erimiş havuz derinliği genellikle tek bir geçiş için 20-50 μm. Kaba yüzeyler için, birden fazla geçiş (2-5), yavaş yavaş yavaş kabalık azaltılabilir. Gelişmiş sistemler kullanır.0real-time pirometri veya CMOS görüntüleme).

Adım 5: Post-Polonya Denetimi

Parlamentaldan sonra, parça herhangi bir ihraç edilen parçacığı (spatter) kaldırmak için tekrar temizlenmiştir. Yüzey kabalığı bir profilometre veya konfokal mikroskop ile ölçülmelidir. Hedef bitmemişse, ayarlı parametrelerle ikinci bir geçiş seti uygulanabilir.

Malzeme Uyumluluk: Hangi Metaller Lazer Polonyalı olabilir?

Lazer parlatma, rekompozisyon olmadan eriyecek olan çoğu metal için geçerlidir, ancak anchievable bitir, malzemenin termal ve optik özelliklerine bağlıdır.

Yüksek derecede Polonyalı malzemeler

  • [03.2015:0) Orta çelikler (304L, 316L, 17-4PH): [Düzücükler Mükemmel Sonuçlar - Ra 0.08 μm olarak düşük.
  • Titanium alaşımları (Ti-6Al-4V, CP-Ti): İyi sonuçlar - Ra <0.4 μm mümkün; oksit oluşumu yönetilmelidir.
  • [FONT:0]Cobalt-kro alaşımları: Tıp implantları için uygun; bir parlak bitirme elde eder.
  • [FONT:0)Nickel süperalloys (Inconel 718, Hastelloy X): ) İyi sonuçlar, ancak yüksek vizyumlar daha yavaş tarama gerektirir.

Malzemelerin

  • [0]CHP:0) Karşılaştırmalı alaşımlar (AlSi10Mg, Al6061): [Dönekli iletkenlik ve ısı iletkenliği zor bir şekilde sönüllü hale getirir.
  • [FONT:0]Copper ve bakır alaşımlar: [Dönder: [Dönetici: IR lazerlerine aşırı derecede yüksek yansımalar – yeşil veya mavi lazerler (515 nm – 450 nm) absorpsiyon için gereklidir.
  • [FONT:0)Tool çelikler:[Dönetici:[Dönlendirmede sert lik tabakalar oluşturmak için 10 $)

Anahtar Uygulamaları

Lazer parlatma zaten yüksek değerli endüstrilerde yüzey kalitesi olmayan.

Havacılık ve Savunma

Türbin bıçakları, yakıt nozulları ve yapısal para kazanları, birerodinamik sürüklenmeyi azaltmak ve yorgunluk hayatını geliştirmek için lazer parlatıcılarından faydalanıyor. Örneğin, GE Aviation, iç kanalların ödün vermeden sıkı yüzey bitirme özellikleriyle tanışmaya yönelik yakıt nozul ipuçları için lazer parladı.

Tıbbi İmplantlar ve Cihazlar

Ortoped implantlar (hip kökler, diz parçaları) ve cerrahi aletler, bakteri kolonizasyonu en aza indirmek ve osseointegrasyonunu kolaylaştırmak için düzgün yüzeyler gerektirir. Lazer parlatma, sınıf II ve sınıf-III cihazlar için el eleman olmadan gerekli olan Ra <0.2 μm'ye ulaşabilir. ek olarak, hastaya özgü cranial plakalar veya diş abutments için kullanılabilir.

Alet ve Enjeksiyon Çekleri

Enjeksiyon kalıbının içindeki formlar, yüksek çözünürlükte veya manuel stoklama ihtiyacını ortadan kaldırmak için lazer-polit olabilir. Lazer parlatıcı ısı transferlerini artırmak ve döngü zamanlarını azaltmak.Çalışkanlık plastik parçalarla temasa geçmek için lazer-polit olabilir, metin veya el yıkama ihtiyacını ortadan kaldırmak için.

Otomotiv ve Motor

Fren kalibreleri, loşları gibi yüksek performanslı bileşenler ve özel yalıtımlar, akış verimliliğini azaltmak ve geliştirmek için lazer parlatılır. Katı iç geçişleri özellikle petrol ve serin devreler için değerlidir.

Sınırlamalar ve Zorluklar

Onun sözüne rağmen, lazer parlatıcı evrensel bir çözüm değildir. Çeşitli kısıtlamalar dikkate alınmalıdır:

Geometric Accessabilityabilityability

Lazer, yüzeyin parlatılması için bir çizgi öngörüye sahip olmalıdır. Derin, dar boşluklar veya alt kesimler erişilemez olabilir. Bu tür özellikler için, aşındırıcı akış işleme (AFM) veya kimyasal parlama gibi alternatif yöntemler gerekli olabilir.

Termal Distortion

İnce duvarlarla büyük parçalar, remelting sürecinden termal stresler nedeniyle savaşabilir. Dikkatli parametre seçimi ve düzeltmeler bozmadan kaçınmak için gereklidir. Alternatif olarak, kısım serin uç aralıklarla birden parlatılabilir.

Yüzey camları ve Cracking

Eğer erimiş havuz çok hızlı bir şekilde sağlamsa, çekme stresleri mikro-kahkahalara neden olabilir. Bu, yüksek karbon çeliklerinde veya alaşımlarda geniş bir katılaşma aralığı ile daha yaygındır.

Forput and Cost

Lazer parlatma seri bir süreçtir; her bileşen bir seferde işlenir. Yüksek hacimli basit parçalar üretimi için, geleneksel vibrasyon veya toplu bitirme daha hızlı ve daha ucuz olabilir. ancak, karmaşık, yüksek değerli parçalar için, maliyet haklı olarak kullanılabilir.

Yüzey Kimyası Değişiklikleri

Yeniden şekillendirme ve yeniden denge yüzey kompozisyonunu değiştirebilir. Örneğin, paslanmaz çelik yüzeyinin yakınında kromozomal yıkımı hasar görürse korozyon direncini azaltabilir. Proper kalkan gaz (argon) ve post-tedavi geçişleri önerilir.

Alternatif Yüzey İşleme Yöntemleri ile Karşılaştırma

Parla lazer koymak için burada diğer ortak post-işlem teknikleri ile nasıl karşılaştırılır:

CNC İşleme

  • [FONT:0)Pros:[Dönetici: [Dönetici: 1] Yüksek hassas, iyi yüzey bitirmek (Ra 0.1-0.8 μm), materyali boyut ayarlamak için kaldırabilir.
  • [FONT:0)Cons:[[Dönetici kanallarına ulaşamıyor; kesme araçları minimum radii; mekanik fikre sahip olabilir; atıklar üretir.

Kimyasal / Elektrokimya Polonya

  • [FONT:0)Pros:[[Dönetici: 1 ) Aynı anda dış ve iç yüzeylerde parlayabilir; mekanik güç; karmaşık geometriler için mükemmel.
  • [FONT:0)Cons:[Dönetici: [Döntilmiş Maddeler: Sınırlı malzeme kaldırılması; tahıl sınırlarına tercih edilebilir; çevresel tasarruf sorunları.

Kolay Akışı İşleme (AFM)

  • [FONT:0)Pros:[Döneticileri ve kör boşluklar; eğri pasajlarda tutarlı sonuçlar.
  • [FONT:0]Cons:[Dönetici:[Dönetici:) Yavaş; sert medya maliyetleri; tek taraflı kesitler ile sınırlı.

El Kitabı /

  • [FONT:0)Pros:[Dönetici: [Dönetici: Düşük ekipman maliyeti; çok büyük parçalarla başa çıkabilir; operatör düzensiz şekillerde adapte edilebilir.
  • [FONT:0]Cons:[Dönetici: · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

Lazer parlatıcı eşsiz bir niş kaplar: İşlemeden sonra son bir adım olarak kullanılır:0.-iletişim işleme, otomasyon hazırlığı ve iç yüzeyleri bitirme yeteneği[Dön 1: 1 ) - diğer yöntemlerin eksik olduğu düşünülür.

Future Perspectives ve Gelişen Trendler

Lazer sahası hızla gelişmektedir, lazer kaynakları, süreç izleme ve makine öğreniminde ilerlemeler tarafından yönlendirilmektedir.

Adaptasyon ve Gerçek Zaman Kontrolü

Araştırmacılar optik koherens tomografi (OCT) veya yüzeysel kameraları situdaki erişim ve yüzey kabalığını ölçmek için kapalı sistemler geliştiriyorlar.Bu sistemler malzeme yemi veya kısım yöneliminde varyasyonlar için telafi edebilir, karmaşık yüzeylerde üniforma bitirmek için.

Hibrit Süreçler (Laser Polishing + Lazer Texturing)

Lazer yüzey metin ile parlatmayı sağlamak, üreticilerin hem de her ikiTELFLT ile yüzey oluşturmalarını sağlar:0) Hafif küresel kabak ve kontrollü mikro ölçekli özellikler[Dön 1: 1) - örneğin, osseointegration. Single lazer sistemleri farklı parametre setlerini kullanarak farklı parametre setlerini kullanarak geçişlerini değiştirebilir.

Fiber Lazerler ve Kirping

Yüksek sağım fiber lazerler 1 μm'den (IR) aşağı 450 nm (mavi) parlatılabilir malzemeler için palet genişletilebilir.ETHFLT:0)Beam şekillendirme optikleri) (top-hat, donut, veya line profilleri) belirli geometriler için erimiş havuzu şeklini tertemizleyebilir - düz alanlar daha yüksek bir anahtarla genişletilebilir.

Katkı ile birlikte

Makine aracı üreticileri AM + lazer parlama istasyonları inşa edilir. Bu konseptte, bir parça LPBF makinesinde basılır, sonra otomatik olarak entegre bir parlama modülüne aktarılır, inşa platformu kaldırıldıktan önce lazer parlanır.Bu işlem için ihtiyaç ortadan kaldırır, liderlik zamanı ve potansiyel hasarları azaltır.

C ⁇ Modeling

Finite element modelleri çift ısı transfer, sıvı akış ve sağlamlaştırma, son yüzey kabalığını bir dizi lazer parametreleri ve malzeme özelliklerine tahmin etmek için yeterince doğru hale geliyor. Bu modeller deneysel deneme-ve-terör aşamasını büyük ölçüde azaltabilir, yeni alaşımlar için süreci geliştirmeyi hızlandırabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Lazer parlatıcı, metal 3D baskılı bileşenler üzerinde düzgün, yüksek hacimli yüzeyler elde etmek için bir laboratuvar merakından olgunlaşmıştır. Yüzeysel üretim düzeninin sağlanması, performans, güvenilirlik ve estetik önemseyen endüstriler için paha biçilmez bir tekniktir.

Lazer kaynakları daha güçlü ve uygun hale geldi ve işlem algısı standart hale geldikçe, lazer parlatıcı metal 3D baskının tam potansiyelini ortaya çıkarırken, mühendisler ve üreticiler en talep eden özellikleri yerine getirmelidir.

Dış Kaynaklar

  • [0]Laser Amerika Enstitüsü - Metal Katkı İmalatı için Lazer Polonyalandırma[Dönemli: 1)
  • [0]Renishaw – Lazer Kombinasyon Metal Parçalar[Dönemli Üretimler)[Dönemli Üretimler:0)
  • [FONT:0) BilimDirect - Lazer tozu yatağının yüzey kabalığı, lazer parlatıcısı ile paslanmaz çeliktir[Dön 1: 1).
  • [0]EOS – White Paper: Lazer AM Bölümünün Lazeri[Dönemli: 1 )
  • [FONT=0)NCBI – Lazer Polonyalı Katkılı Katkı Performansı (Dönderilmiş Ti-6Al-4V[DÜT:1)