Teknologjia e prodhimit aditiv me lazer (AM), me avantazhet e saj të saktësisë së lartë të prodhimit, fleksibilitetit të fortë dhe shkallës së lartë të automatizimit, përdoret gjerësisht në prodhimin e komponentëve kryesorë në fusha të tilla si automobila, mjekësia, hapësira ajrore, etj. (siç janë grykat e karburantit të raketave, kllapat e antenave satelitore, implantet njerëzore, etj.). Kjo teknologji mund të përmirësojë shumë performancën e kombinuar të pjesëve të printuara përmes prodhimit të integruar të strukturës dhe performancës së materialit. Aktualisht, teknologjia e prodhimit aditiv me lazer përgjithësisht përdor një rreze Gaussian të fokusuar me një shpërndarje të lartë të energjisë në qendër dhe skaj të ulët. Megjithatë, ajo shpesh gjeneron gradiente të larta termike në shkrirje, duke çuar në formimin pasues të poreve dhe kokrrizave të trasha. Teknologjia e formësimit të rrezes është një metodë e re për të zgjidhur këtë problem, e cila përmirëson efikasitetin dhe cilësinë e printimit duke rregulluar shpërndarjen e energjisë së rrezes lazer.
Krahasuar me zbritjen tradicionale dhe prodhimin ekuivalent, teknologjia e prodhimit me aditiv metalik ka përparësi të tilla si koha e shkurtër e ciklit të prodhimit, saktësia e lartë e përpunimit, shkalla e lartë e shfrytëzimit të materialit dhe performanca e mirë e përgjithshme e pjesëve. Prandaj, teknologjia e prodhimit me aditiv metalik përdoret gjerësisht në industri të tilla si hapësira ajrore, armët dhe pajisjet, energjia bërthamore, biofarmaceutika dhe automobilat. Bazuar në parimin e grumbullimit diskret, prodhimi me aditiv metalik përdor një burim energjie (si lazer, hark ose rreze elektronike) për të shkrirë pluhurin ose telin, dhe më pas i grumbullon ato shtresë pas shtrese për të prodhuar përbërësin e synuar. Kjo teknologji ka përparësi të konsiderueshme në prodhimin e sasive të vogla, strukturave komplekse ose pjesëve të personalizuara. Materialet që nuk mund të përpunohen ose janë të vështira për t'u përpunuar duke përdorur teknikat tradicionale janë gjithashtu të përshtatshme për përgatitje duke përdorur metodat e prodhimit me aditiv. Për shkak të avantazheve të mësipërme, teknologjia e prodhimit me aditiv ka tërhequr vëmendje të gjerë nga studiuesit si brenda ashtu edhe jashtë vendit. Në dekadat e fundit, teknologjia e prodhimit me aditiv ka bërë përparim të shpejtë. Për shkak të automatizimit dhe fleksibilitetit të pajisjeve të prodhimit me aditiv lazer, si dhe avantazheve gjithëpërfshirëse të dendësisë së lartë të energjisë lazer dhe saktësisë së lartë të përpunimit, teknologjia e prodhimit me aditiv lazer është zhvilluar më shpejt midis tre teknologjive të prodhimit me aditiv metalik të përmendura më sipër.
Teknologjia e prodhimit me aditiv lazeri për metale mund të ndahet më tej në LPBF dhe DED. Figura 1 tregon një diagram skematik tipik të proceseve LPBF dhe DED. Procesi LPBF, i njohur edhe si Shkrirja Selektive me Lazer (SLM), mund të prodhojë komponentë metalikë kompleksë duke skanuar rreze lazeri me energji të lartë përgjatë një shtegu të fiksuar në sipërfaqen e një shtrati pluhuri. Pastaj, pluhuri shkrihet dhe ngurtësohet shtresë pas shtrese. Procesi DED përfshin kryesisht dy procese shtypjeje: depozitimin me shkrirje lazeri dhe prodhimin me aditiv që furnizon me tela lazeri. Të dyja këto teknologji mund të prodhojnë dhe riparojnë drejtpërdrejt pjesë metalike duke furnizuar në mënyrë sinkrone pluhurin ose telin metalik. Krahasuar me LPBF, DED ka produktivitet më të lartë dhe zonë prodhimi më të madhe. Përveç kësaj, kjo metodë gjithashtu mund të përgatisë në mënyrë të përshtatshme materiale kompozite dhe materiale të graduara funksionalisht. Megjithatë, cilësia e sipërfaqes së pjesëve të shtypura nga DED është gjithmonë e dobët, dhe përpunimi i mëvonshëm është i nevojshëm për të përmirësuar saktësinë dimensionale të komponentit të synuar.
Në procesin aktual të prodhimit me lazer aditiv, rrezja Gausiane e fokusuar është zakonisht burimi i energjisë. Megjithatë, për shkak të shpërndarjes së saj unike të energjisë (qendër e lartë, skaj i ulët), ka të ngjarë të shkaktojë gradiente të larta termike dhe paqëndrueshmëri të pishinës së shkrirjes. Kjo rezulton në cilësi të dobët të formimit të pjesëve të printuara. Përveç kësaj, nëse temperatura e qendrës së pishinës së shkrirë është shumë e lartë, kjo do të shkaktojë avullimin e elementëve metalikë me pikë të ulët shkrirjeje, duke përkeqësuar më tej paqëndrueshmërinë e procesit LBPF. Prandaj, me një rritje të porozitetit, vetitë mekanike dhe jetëgjatësia e lodhjes së pjesëve të printuara zvogëlohen ndjeshëm. Shpërndarja e pabarabartë e energjisë së rrezeve Gausiane gjithashtu çon në efikasitet të ulët të shfrytëzimit të energjisë së lazerit dhe humbje të tepërt të energjisë. Për të arritur cilësi më të mirë të printimit, studiuesit kanë filluar të eksplorojnë kompensimin e defekteve të rrezeve Gausiane duke modifikuar parametrat e procesit si fuqia e lazerit, shpejtësia e skanimit, trashësia e shtresës së pluhurit dhe strategjia e skanimit, në mënyrë që të kontrollojnë mundësinë e futjes së energjisë. Për shkak të dritares shumë të ngushtë të përpunimit të kësaj metode, kufizimet fizike fikse kufizojnë mundësinë e optimizimit të mëtejshëm. Për shembull, rritja e fuqisë së lazerit dhe shpejtësisë së skanimit mund të arrijë efikasitet të lartë prodhimi, por shpesh vjen me koston e sakrifikimit të cilësisë së printimit. Në vitet e fundit, ndryshimi i shpërndarjes së energjisë së lazerit përmes strategjive të formësimit të rrezes mund të përmirësojë ndjeshëm efikasitetin e prodhimit dhe cilësinë e printimit, gjë që mund të bëhet drejtimi i ardhshëm i zhvillimit të teknologjisë së prodhimit aditiv me lazer. Teknologjia e formësimit të rrezes në përgjithësi i referohet rregullimit të shpërndarjes së frontit të valës së rrezes hyrëse për të marrë shpërndarjen e intensitetit dhe karakteristikat e përhapjes së dëshiruar. Zbatimi i teknologjisë së formësimit të rrezes në teknologjinë e prodhimit aditiv me metale tregohet në Figurën 2.
Zbatimi i teknologjisë së formësimit të rrezes në prodhimin aditiv me lazer
Mangësitë e shtypjes tradicionale me rreze Gaussian
Në teknologjinë e prodhimit aditiv me lazer metalik, shpërndarja e energjisë së rrezes lazer ka një ndikim të rëndësishëm në cilësinë e pjesëve të printuara. Edhe pse rrezet Gaussiane janë përdorur gjerësisht në pajisjet e prodhimit aditiv me lazer metalik, ato vuajnë nga disavantazhe serioze, të tilla si cilësia e paqëndrueshme e printimit, shfrytëzimi i ulët i energjisë dhe dritaret e ngushta të procesit në procesin e prodhimit aditiv. Midis tyre, procesi i shkrirjes së pluhurit dhe dinamika e pellgut të shkrirë gjatë procesit aditiv me lazer metalik janë të lidhura ngushtë me trashësinë e shtresës së pluhurit. Për shkak të pranisë së spërkatjeve të pluhurit dhe zonave të erozionit, trashësia aktuale e shtresës së pluhurit është më e lartë se pritja teorike. Së dyti, kolona e avullit shkaktoi spërkatjet kryesore të avionëve prapa. Avulli i metalit përplaset me murin e pasmë për të formuar spërkatje, të cilat spërkaten përgjatë murit të përparmë pingul me zonën konkave të pellgut të shkrirë (siç tregohet në Figurën 3). Për shkak të ndërveprimit kompleks midis rrezes lazer dhe spërkatjeve, spërkatjet e nxjerra mund të ndikojnë seriozisht në cilësinë e printimit të shtresave pasuese të pluhurit. Përveç kësaj, formimi i vrimave të çelësit në pellgun e shkrirjes gjithashtu ndikon seriozisht në cilësinë e pjesëve të printuara. Poret e brendshme të copës së printuar shkaktohen kryesisht nga vrimat e paqëndrueshme të mbylljes.
Mekanizmi i formimit të defekteve në teknologjinë e formësimit të trarëve
Teknologjia e formësimit të rrezes mund të arrijë përmirësim të performancës në dimensione të shumëfishta njëkohësisht, gjë që është e ndryshme nga rrezet Gaussiane që përmirësojnë performancën në një dimension me koston e sakrifikimit të dimensioneve të tjera. Teknologjia e formësimit të rrezes mund të rregullojë me saktësi shpërndarjen e temperaturës dhe karakteristikat e rrjedhjes së pishinës së shkrirjes. Duke kontrolluar shpërndarjen e energjisë së lazerit, merret një pishinë e shkrirë relativisht e qëndrueshme me një gradient të vogël temperature. Shpërndarja e përshtatshme e energjisë së lazerit është e dobishme për shtypjen e porozitetit dhe defekteve të spërkatjes, dhe përmirësimin e cilësisë së shtypjes me lazer në pjesët metalike. Mund të arrijë përmirësime të ndryshme në efikasitetin e prodhimit dhe shfrytëzimin e pluhurit. Në të njëjtën kohë, teknologjia e formësimit të rrezes na ofron më shumë strategji përpunimi, duke çliruar shumë lirinë e projektimit të procesit, i cili është një përparim revolucionar në teknologjinë e prodhimit aditiv me lazer.
Koha e postimit: 28 shkurt 2024
