A tecnologia de fusão a laser seletiva (SLM) emergiu como uma técnica de fabricação aditiva revolucionária, permitindo a produção de peças metálicas complexas e de alta qualidade com excelentes propriedades mecânicas. No coração desta tecnologia está o laser, que desempenha um papel multifacetado e crucial. Como fornecedor da tecnologia SLM, testemunhei em primeira mão o significado dos lasers neste campo de corte.
1. O básico da tecnologia SLM
Antes de investigar o papel dos lasers, é essencial entender os princípios fundamentais da tecnologia SLM. O SLM é um processo de fabricação aditivo que constrói os objetos tridimensionais camada por camada. Começa com uma fina camada de metal, espalhada uniformemente por uma plataforma de construção. O laser derrete seletivamente o pó em áreas específicas de acordo com um modelo digital, solidificando -o na forma desejada. Depois que uma camada é concluída, a plataforma de construção diminui, uma nova camada de pó é aplicada e o processo se repete até que todo o objeto seja formado.
2. Laser como fonte de energia
O papel mais fundamental do laser na tecnologia SLM é como uma fonte de energia. O feixe de laser fornece a energia de alta intensidade necessária para derreter o pó de metal. Diferentes metais têm diferentes pontos de fusão e o laser deve ser capaz de fornecer energia suficiente para alcançar e exceder esses pontos de fusão. Por exemplo, as ligas de titânio, amplamente utilizadas em aplicações aeroespaciais e médicas, apresentam pontos de fusão relativamente altos (cerca de 1668 ° C). É necessário um laser de alta potência para garantir o derretimento completo do pó de titânio, resultando em uma parte densa e de defeito - livre.
A densidade de energia do feixe de laser é um parâmetro crítico. É definido como o poder do laser dividido pela área do ponto a laser no leito de pó. É necessária uma densidade de energia adequada para obter uma boa fusão e ligação entre partículas de pó. Se a densidade de energia estiver muito baixa, o pó pode não derreter completamente, levando à porosidade e às fracas propriedades mecânicas na parte final. Por outro lado, se a densidade de energia for muito alta, pode causar derretimento, bola (formação de bolas esféricas de metal fundido em vez de uma camada contínua) e distorção da peça.
3. Varredura de precisão e geração de padrões
Os lasers nos sistemas SLM estão equipados com espelhos de varredura que podem controlar com precisão o movimento do feixe de laser no leito de pó. Isso permite a criação de geometrias complexas e detalhes finos nas peças impressas. O modelo digital do objeto é cortado em camadas finas, e o sistema de varredura guia o laser para rastrear a forma de cada camada no leito de pó.
A velocidade e o caminho da varredura também têm um impacto significativo na qualidade da parte impressa. Uma velocidade de varredura mais lenta geralmente permite que mais energia sejam depositadas por unidade de área, o que pode melhorar a fusão e a ligação do pó. No entanto, também aumenta o tempo de construção. O caminho de varredura deve ser cuidadosamente planejado para garantir aquecimento e resfriamento uniformes do pó, reduzindo o risco de tensões térmicas e deformação. Por exemplo, um padrão de varredura sinuoso ou raster pode ser usado, mas a direção e a sobreposição das linhas de varredura precisam ser otimizadas.
4. Interação do material e controle de microestrutura
A interação entre o laser e o pó de metal durante o processo de fusão influencia a microestrutura da parte impressa. Quando o laser derrete o pó, a solidificação rápida ocorre devido às altas taxas de resfriamento. Essa rápida solidificação pode resultar em microestruturas finas, que geralmente levam a propriedades mecânicas aprimoradas, como maior resistência e dureza.
Os parâmetros do laser podem ser ajustados para controlar o processo de solidificação. Por exemplo, alterando a energia do laser, a velocidade de varredura e a duração do pulso, a taxa de resfriamento pode ser modificada. Uma taxa de resfriamento mais lenta pode promover o crescimento de grãos maiores, o que pode ser benéfico em algumas aplicações em que a ductilidade é mais importante. Por outro lado, uma taxa de resfriamento mais rápida pode produzir uma microestrutura de granulação mais fina, aumentando a resistência da força e o desgaste.
5. Comparação com outras tecnologias de fabricação aditiva
Quando comparado a outras tecnologias de fabricação aditiva, comoTecnologia DLP, Assim,Tecnologia SLS, eTecnologia FDM, o papel dos lasers no SLM é distinto.
- Tecnologia DLP: A tecnologia DLP (Processamento de Luz Digital) usa um projetor de luz digital para curar a camada de fotopolímeros líquidos por camada. Em vez de um laser, ele depende da projeção de luz para o processo de cura. Essa tecnologia é usada principalmente para produzir peças de plástico com alto acabamento superficial e resolução relativamente alta. Por outro lado, o SLM usa lasers para derreter pós de metal, permitindo a produção de peças de metal fortes e duráveis.
- Tecnologia SLS: SLS (sinterização seletiva a laser) também usa um laser, mas sinterifica as partículas de pó em vez de derreter completamente. O SLS é comumente usado para materiais de polímero e cerâmica. O laser no SLS fornece energia suficiente para unir as partículas de pó em seus pontos de contato, enquanto no SLM, o pó é completamente derretido. Essa diferença resulta em peças SLM com maior densidade e melhores propriedades mecânicas em comparação com as partes do SLS.
- Tecnologia FDM: O FDM (modelagem de deposição fundido) funciona extrudando um filamento termoplástico através de um bico aquecido e depositando -o por camada por camada. Não usa um laser. O FDM é uma tecnologia mais econômica e acessível para produzir protótipos de plástico e peças simples. O SLM, com seu processo de fusão baseado em laser, é capaz de criar peças de metal mais complexas e de alto desempenho.
6. Garantia de qualidade e monitoramento
Os lasers em sistemas SLM também podem ser usados para fins de garantia e monitoramento de qualidade. Algumas máquinas SLM avançadas estão equipadas com sistemas de monitoramento de processos que usam o próprio laser ou sensores adicionais para detectar defeitos durante o processo de impressão. Por exemplo, o laser pode ser usado para medir a altura do leito de pó antes e depois do derretimento para detectar qualquer irregularidade ou falta de cobertura de pó.
Ao analisar a reflexão ou absorção da luz do laser durante o processo de fusão, é possível detectar defeitos como porosidade, rachaduras ou fusão incompleta. Esse monitoramento real de tempo permite que ajustes imediatos sejam feitos nos parâmetros de impressão, garantindo a produção de peças de alta qualidade.
7. Desafios e desenvolvimentos futuros
Apesar das muitas vantagens dos lasers na tecnologia SLM, ainda existem alguns desafios. Um dos principais desafios é o alto custo de lasers de alto nível e a manutenção associada. Além disso, a complexidade do controle dos parâmetros do laser para obter resultados ideais requer operadores qualificados e sistemas de controle avançado.
No futuro, podemos esperar mais melhorias na tecnologia a laser para o SLM. Novos tipos de lasers com maior eficiência, melhor qualidade do feixe e controle mais preciso serão desenvolvidos. Esses avanços levarão a velocidades de impressão mais rápidas, qualidade da peça aprimorada e capacidade de processar uma gama mais ampla de materiais.
Como fornecedor da tecnologia SLM, estamos constantemente trabalhando para melhorar o desempenho de nossos sistemas, otimizando os processos relacionados a laser. Oferecemos treinamento e suporte abrangentes aos nossos clientes para ajudá -los a aproveitar ao máximo a tecnologia SLM baseada em laser.
Se você estiver interessado em explorar o potencial da tecnologia SLM para suas necessidades de fabricação, convidamos você a entrar em contato conosco para uma discussão detalhada. Nossa equipe de especialistas está pronta para fornecer soluções personalizadas e ajudá -lo a alcançar seus objetivos de produção.
Referências
- Gibson, I., Rosen, DW, & Stucker, B. (2010). Tecnologias de fabricação aditiva: prototipagem rápida para a fabricação digital direta. Springer Science & Business Media.
- Kruth, J. - P., Leu, MC, & Nakagawa, T. (2007). Progresso na fabricação aditiva e prototipagem rápida. ANAIS CIRP - Tecnologia de fabricação, 56 (2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., & Bertrand, P. (2008). Análise de parâmetros seletivos do processo de fusão a laser para liga Ti6al4v. Materials & Design, 29 (4), 826 - 831.