Лазердик кошумча өндүрүш (АМ) технологиясы жогорку өндүрүш тактыгы, күчтүү ийкемдүүлүгү жана жогорку деңгээлдеги автоматташтыруу артыкчылыктары менен автомобиль, медициналык, аэрокосмостук ж.б. тармактардагы негизги компоненттерди (мисалы, ракета күйүүчү майынын соплолору, спутниктик антенна кронштейндери, адам имплантаттары ж.б.) өндүрүүдө кеңири колдонулат. Бул технология материалдын түзүлүшүн жана иштешин интеграцияланган түрдө өндүрүү аркылуу басылган тетиктердин айкалышкан иштешин бир топ жакшырта алат. Учурда лазердик кошумча өндүрүш технологиясы жалпысынан жогорку борбордук жана төмөнкү четки энергия бөлүштүрүү менен фокусталган Гаусс нурун колдонот. Бирок, ал көп учурда эритмеде жогорку жылуулук градиенттерин пайда кылат, бул андан кийин тешикчелердин жана орой дандардын пайда болушуна алып келет. Нурду формалоо технологиясы - бул көйгөйдү чечүүнүн жаңы ыкмасы, ал лазер нурунун энергиясын бөлүштүрүүнү жөнгө салуу менен басып чыгаруунун натыйжалуулугун жана сапатын жакшыртат.
Салттуу кемитүү жана ага барабар өндүрүш менен салыштырганда, металл кошулмаларын өндүрүү технологиясы өндүрүш циклинин кыска убактысы, жогорку иштетүү тактыгы, материалдарды пайдалануунун жогорку көрсөткүчү жана тетиктердин жалпы жакшы иштеши сыяктуу артыкчылыктарга ээ. Ошондуктан, металл кошулмаларын өндүрүү технологиясы аэрокосмос, курал-жарак жана жабдуулар, ядролук энергетика, биофармацевтика жана автомобиль сыяктуу тармактарда кеңири колдонулат. Дискреттик үймөктөө принцибине негизделген металл кошулмаларын өндүрүү порошокту же зымды эритүү үчүн энергия булагын (мисалы, лазер, дого же электрондук нур) колдонот, андан кийин максаттуу компонентти өндүрүү үчүн аларды катмар-катмар үйөт. Бул технологиянын чакан партияларды, татаал структураларды же жекелештирилген тетиктерди өндүрүүдө олуттуу артыкчылыктары бар. Салттуу ыкмаларды колдонуу менен иштетүүгө мүмкүн болбогон же кыйын болгон материалдар кошумча өндүрүш ыкмаларын колдонуу менен даярдоого да ылайыктуу. Жогорудагы артыкчылыктардан улам, кошумча өндүрүш технологиясы ата мекендик жана эл аралык деңгээлде окумуштуулардын кеңири көңүлүн бурду. Акыркы бир нече он жылдыкта кошумча өндүрүш технологиясы тездик менен өнүгүп келе жатат. Лазердик кошумча өндүрүш жабдууларын автоматташтыруу жана ийкемдүүлүк, ошондой эле жогорку лазердик энергия тыгыздыгы жана жогорку иштетүү тактыгы сыяктуу комплекстүү артыкчылыктардын аркасында лазердик кошумча өндүрүш технологиясы жогоруда айтылган үч металл кошулмаларын өндүрүү технологиясынын ичинен эң ылдам өнүккөн.
Лазердик металл кошулмаларын өндүрүү технологиясын андан ары LPBF жана DED деп бөлүүгө болот. 1-сүрөттө LPBF жана DED процесстеринин типтүү схемалык диаграммасы көрсөтүлгөн. Тандалма лазердик эритүү (SLM) деп да аталган LPBF процесси порошок катмарынын бетиндеги белгиленген жол боюнча жогорку энергиялуу лазер нурларын сканерлөө аркылуу татаал металл компоненттерин өндүрө алат. Андан кийин порошок эрип, катмар-катмар катууланат. DED процесси негизинен эки басып чыгаруу процессин камтыйт: лазердик эритүү чөкмөлөрү жана лазердик зым менен азыктандыруучу кошулмаларды өндүрүү. Бул эки технология тең металл порошогун же зымды синхрондуу түрдө азыктандыруу аркылуу металл бөлүктөрүн түз өндүрө жана оңдой алат. LPBF менен салыштырганда, DED жогорку өндүрүмдүүлүккө жана чоңураак өндүрүш аянтына ээ. Мындан тышкары, бул ыкма композиттик материалдарды жана функционалдык жактан сорттолгон материалдарды ыңгайлуу түрдө даярдай алат. Бирок, DED менен басылган бөлүктөрүнүн бетинин сапаты ар дайым начар болот жана максаттуу компоненттин өлчөмдүк тактыгын жакшыртуу үчүн кийинки иштетүү талап кылынат.
Азыркы лазердик кошумча өндүрүш процессинде, адатта, фокусталган Гаусс нуру энергия булагы болуп саналат. Бирок, анын уникалдуу энергия бөлүштүрүлүшүнөн (жогорку борбор, төмөнкү чет) улам, ал жогорку жылуулук градиенттерине жана эритме бассейнинин туруксуздугуна алып келиши мүмкүн. Натыйжада басылган тетиктердин калыптануу сапаты начарлайт. Мындан тышкары, эритме бассейнинин борбордук температурасы өтө жогору болсо, ал төмөнкү эрүү температурасы металл элементтеринин бууланышына алып келет, бул LBPF процессинин туруксуздугун ого бетер күчөтөт. Ошондуктан, тешиктүүлүктүн жогорулашы менен басылган тетиктердин механикалык касиеттери жана чарчоо мөөнөтү бир кыйла азаят. Гаусс нурларынын бирдей эмес энергия бөлүштүрүлүшү лазердик энергияны пайдалануунун натыйжалуулугунун төмөндүгүнө жана ашыкча энергиянын текке кетишине алып келет. Басып чыгаруу сапатын жакшыртуу үчүн окумуштуулар энергия киргизүү мүмкүнчүлүгүн көзөмөлдөө үчүн лазердик кубаттуулук, сканерлөө ылдамдыгы, порошок катмарынын калыңдыгы жана сканерлөө стратегиясы сыяктуу процесстин параметрлерин өзгөртүү менен Гаусс нурларынын кемчиликтерин компенсациялоону изилдей башташты. Бул ыкманын иштетүү терезеси өтө тар болгондуктан, белгиленген физикалык чектөөлөр андан ары оптималдаштыруу мүмкүнчүлүгүн чектейт. Мисалы, лазердин кубаттуулугун жана сканерлөө ылдамдыгын жогорулатуу жогорку өндүрүш натыйжалуулугуна жетишүүгө мүмкүндүк берет, бирок көп учурда басып чыгаруу сапатынан баш тартууга алып келет. Акыркы жылдары нурду формалоо стратегиялары аркылуу лазердик энергияны бөлүштүрүүнү өзгөртүү өндүрүш натыйжалуулугун жана басып чыгаруу сапатын бир топ жакшырта алат, бул лазердик кошумча өндүрүш технологиясынын келечектеги өнүгүү багыты болуп калышы мүмкүн. Нурду формалоо технологиясы, жалпысынан, каалаган интенсивдүүлүктүн бөлүштүрүлүшүн жана жайылуу мүнөздөмөлөрүн алуу үчүн киргизүү нурунун толкун фронтунун бөлүштүрүлүшүн тууралоону билдирет. Металл кошумча өндүрүш технологиясында нурду формалоо технологиясын колдонуу 2-сүрөттө көрсөтүлгөн.
Лазердик кошумча өндүрүштө нур формалоо технологиясын колдонуу
Салттуу Гаусс нурун басып чыгаруунун кемчиликтери
Металл лазердик кошумча өндүрүш технологиясында лазер нурунун энергия бөлүштүрүлүшү басылган тетиктердин сапатына олуттуу таасирин тийгизет. Гаусс нурлары металл лазердик кошумча өндүрүш жабдууларында кеңири колдонулганы менен, алар басып чыгаруу сапатынын туруксуздугу, энергияны аз пайдалануу жана кошумча өндүрүш процессиндеги тар процесс терезелери сыяктуу олуттуу кемчиликтерге дуушар болушат. Алардын арасында порошоктун эрүү процесси жана металл лазердик кошумча процессиндеги эритилген көлмөнүн динамикасы порошок катмарынын калыңдыгы менен тыгыз байланышта. Порошоктун чачырашы жана эрозия зоналарынын болушунан улам, порошок катмарынын чыныгы калыңдыгы теориялык күтүүдөн жогору. Экинчиден, буу колонкасы негизги артка чачырашын пайда кылган. Металл буусу арткы дубал менен кагылышып, чачыраштарды пайда кылат, алар эритилген көлмөнүн ойдуң аймагына перпендикулярдуу алдыңкы дубал боюнча чачыратылат (3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй). Лазер нуру менен чачыраштардын ортосундагы татаал өз ара аракеттенүүдөн улам, чыгарылган чачыраштар кийинки порошок катмарларынын басып чыгаруу сапатына олуттуу таасир этиши мүмкүн. Мындан тышкары, эритилген көлмөдө ачкыч тешиктердин пайда болушу басылган тетиктердин сапатына да олуттуу таасирин тийгизет. Басылган бөлүктүн ички тешикчелери негизинен туруксуз бекитилүүчү тешиктерден келип чыгат.
Нурду формалоо технологиясындагы кемчиликтердин пайда болуу механизми
Нур формалоо технологиясы бир эле учурда бир нече өлчөмдөрдө иштин натыйжалуулугун жогорулатууга жетише алат, бул башка өлчөмдөрдөн баш тартуу эсебинен бир өлчөмдөгү иштин натыйжалуулугун жакшыртуучу Гаусс нурларынан айырмаланат. Нур формалоо технологиясы эритме бассейнинин температуранын бөлүштүрүлүшүн жана агым мүнөздөмөлөрүн так тууралай алат. Лазер энергиясынын бөлүштүрүлүшүн көзөмөлдөө менен, температура градиенти аз болгон салыштырмалуу туруктуу эритме бассейн алынат. Лазер энергиясынын тийиштүү бөлүштүрүлүшү тешиктүүлүктү жана чачыранды кемчиликтерди басуу жана металл бөлүктөрүнө лазердик басып чыгаруунун сапатын жакшыртуу үчүн пайдалуу. Ал өндүрүштүн натыйжалуулугунда жана порошокту пайдаланууда ар кандай жакшыртууларга жетише алат. Ошол эле учурда, нур формалоо технологиясы бизге көбүрөөк иштетүү стратегияларын берет, бул процессти долбоорлоо эркиндигин бир топ бошотот, бул лазердик кошумча өндүрүш технологиясындагы революциялык прогресс.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 28-февралы
