Laser fabrikazio gehigarriaren teknologia (AM), fabrikazio zehaztasun handiko, malgutasun handia eta automatizazio maila handia dituen abantailekin, oso erabilia da funtsezko osagaien fabrikazioan automobilgintza, medikuntza, aeroespaziala, etab. (adibidez, suziria). erregai-toberak, satelite-antenen euskarriak, giza inplanteak, etab.). Teknologia honek asko hobetu dezake inprimatutako piezen konbinazio errendimendua materialaren egituraren eta errendimenduaren fabrikazio integratuaren bidez. Gaur egun, laser bidezko fabrikazio gehigarrien teknologiak, oro har, Gaussiar izpi fokatu bat hartzen du, erdigune altuarekin eta ertz baxuko energia banaketarekin. Hala ere, sarritan gradiente termiko handiak sortzen ditu urtzean, eta gero poroak eta ale lodiak sortzen dira. Beam shapeing teknologia arazo hau konpontzeko metodo berria da, inprimatzeko eraginkortasuna eta kalitatea hobetzen dituena laser izpiaren energiaren banaketa egokituz.
Kenketa tradizionalarekin eta fabrikazio baliokidearekin alderatuta, metal gehigarrien fabrikazio teknologiak abantailak ditu, hala nola, fabrikazio-ziklo denbora laburra, prozesatzeko zehaztasun handia, materialaren erabilera-tasa handia eta piezen errendimendu orokorra ona. Hori dela eta, metalen fabrikazio gehigarrien teknologia oso erabilia da industria aeroespazialean, armak eta ekipoak, energia nuklearra, biofarmazia eta automobilgintzan. Pilatze diskretuaren printzipioan oinarrituta, metal gehigarrien fabrikazioak energia-iturri bat erabiltzen du (adibidez, laserra, arkua edo elektroi-sorta) hautsa edo alanbrea urtzeko, eta gero geruzaz geruza pilatzen ditu xede osagaia fabrikatzeko. Teknologia honek abantaila handiak ditu lote txikiak, egitura konplexuak edo pieza pertsonalizatuak ekoizteko. Teknika tradizionalen bidez prozesatu ezin diren edo zailak diren materialak ere egokiak dira fabrikazio gehigarriko metodoen bidez prestatzeko. Aipatutako abantailak direla eta, fabrikazio gehigarrien teknologiak arreta zabala erakarri du jakintsuen aldetik, bai nazioartean, bai nazioartean. Azken hamarkadetan, fabrikazio gehigarrien teknologiak aurrerapen azkarra egin du. Laser gehigarrien fabrikazio ekipoen automatizazioa eta malgutasuna dela eta, baita laser energia dentsitate handiko eta prozesatzeko zehaztasun handiko abantaila integralak direla eta, laser gehigarrien fabrikazio teknologia goian aipatutako hiru metal gehigarrien fabrikazio teknologien artean azkarrena garatu da.
Laser metalezko fabrikazio gehigarrien teknologia LPBF eta DED-tan bana daiteke. 1. irudiak LPBF eta DED prozesuen diagrama eskematiko tipiko bat erakusten du. LPBF prozesuak, Selective Laser Melting (SLM) izenez ere ezagutzen dena, metalezko osagai konplexuak fabrika ditzake hauts-ohe baten gainazaleko bide finko batean energia handiko laser izpiak eskaneatuz. Ondoren, hautsa urtu eta solidotu egiten da geruzaz geruza. DED prozesuak bi inprimaketa prozesu barne hartzen ditu batez ere: laser urtze-deposizioa eta laser bidezko alanbre elikadura gehigarrien fabrikazioa. Bi teknologia hauek metalezko piezak zuzenean fabrikatu eta konpondu ditzakete metal hauts edo alanbre sinkronoki elikatuz. LPBFrekin alderatuta, DED-k produktibitate handiagoa eta fabrikazio eremu handiagoa ditu. Horrez gain, metodo honek material konposatuak eta funtzionalki kalifikatutako materialak ere prestatu ditzake. Hala ere, DED-ek inprimatutako piezen gainazaleko kalitatea eskasa da beti, eta ondorengo prozesatzea beharrezkoa da xede-osagaiaren dimentsio-zehaztasuna hobetzeko.
Gaur egungo laser bidezko fabrikazio gehigarriko prozesuan, gaussiar izpi fokatua izan ohi da energia iturria. Hala ere, bere energia banaketa berezia dela eta (erdi altua, ertza baxua), baliteke gradiente termiko handiak eta urtze-putzuaren ezegonkortasuna eragitea. Inprimatutako piezen konformazio-kalitate txarraren ondorioz. Horrez gain, urtutako igerilekuaren erdiko tenperatura altuegia bada, urtze-puntu baxuko elementu metalikoak lurruntzea eragingo du, eta LBPF prozesuaren ezegonkortasuna areagotu egingo du. Hori dela eta, porositatea handitzearekin batera, inprimatutako piezen propietate mekanikoak eta neke-bizitza nabarmen murrizten dira. Gaussiar izpien energia banaketa irregularrak laser energiaren erabilera eraginkortasun baxua eta gehiegizko energia xahutzea dakar. Inprimatze-kalitate hobea lortzeko, jakintsuak Gaussiar izpien akatsak konpentsatzen hasi dira prozesu-parametroak aldatuz, hala nola laser-potentzia, eskaneatzeko abiadura, hauts-geruzaren lodiera eta eskaneatzeko estrategia, energia sarreraren aukera kontrolatzeko. Metodo honen prozesatzeko leiho oso estua dela eta, muga fisiko finkoek optimizazio gehiago egiteko aukera mugatzen dute. Esate baterako, laser potentzia eta eskaneatzeko abiadura handitzeak fabrikazio-eraginkortasun handia lor dezake, baina askotan inprimatzeko kalitatea uztearen kostua da. Azken urteotan, laser-energiaren banaketa habea konformatzeko estrategien bidez aldatzeak fabrikazio-eraginkortasuna eta inprimatze-kalitatea nabarmen hobetu ditzake, eta hori laser fabrikazio gehigarrien teknologiaren etorkizuneko garapen-norabidea bihur daiteke. Beam shapeing teknologia, oro har, sarrerako izpiaren uhin-frontearen banaketa doitzeari egiten dio erreferentzia, nahi diren intentsitate-banaketa eta hedapen-ezaugarriak lortzeko. Metalezko fabrikazio gehigarrien teknologian habe konformazio teknologiaren aplikazioa 2. irudian ageri da.
Beam shapeing teknologiaren aplikazioa laser fabrikazio gehigarrian
Gaussiar habeen inprimaketa tradizionalaren gabeziak
Metalezko laser bidezko fabrikazio gehigarrien teknologian, laser izpiaren energia-banaketak eragin handia du inprimatutako piezen kalitatean. Gaussiar izpiak metalezko laser gehigarrien fabrikazio ekipoetan oso erabiliak izan badira ere, eragozpen larriak jasaten dituzte, hala nola inprimatze-kalitate ezegonkorra, energia-erabilera baxua eta prozesu-leiho estuak fabrikazio gehigarrian. Horien artean, hautsaren urtze-prozesua eta metalezko laser-gehigarriaren prozesuan urtutako igerilekuaren dinamika oso lotuta daude hauts-geruzaren lodierarekin. Hauts zipriztinak eta higadura guneen presentzia dela eta, hauts geruzaren benetako lodiera itxaropen teorikoa baino handiagoa da. Bigarrenik, lurrun-zutabeak atzerantz zipriztin nagusiak eragin zituen. Metal-lurrunak atzeko hormarekin talka egiten du zipriztinak sortuz, aurreko horman urtutako igerilekuaren eremu ahurrarekiko perpendikularki ihinztatutakoak (3. irudian ikusten den bezala). Laser izpiaren eta zipriztinduen arteko elkarrekintza konplexua dela eta, kanporatutako zipriztinek ondorengo hauts-geruzen inprimatze-kalitatean larriki eragin dezakete. Gainera, urtze-igerilekuan giltza-zuloak sortzeak inprimatutako piezen kalitateari ere eragiten dio larriki. Inprimatutako piezaren barne-poroak blokeo-zulo ezegonkorrak dira nagusiki.
Beam shapeing teknologian akatsen eraketa mekanismoa
Beam shapeing teknologiak dimentsio anitzetan errendimendua hobetzea lor dezake aldi berean, hau da, dimentsio batean errendimendua hobetzen duten gaussiar habeetatik beste dimentsio batzuk sakrifikatzearen truke. Beam shapeing teknologiak zehaztasunez doi ditzake urtze-igerilekuaren tenperatura-banaketa eta fluxuaren ezaugarriak. Laser energiaren banaketa kontrolatuz, tenperatura-gradiente txikiko urtutako putzu nahiko egonkorra lortzen da. Laser energiaren banaketa egokia onuragarria da porositatea eta sputtering akatsak kentzeko eta metalezko piezen laser bidezko inprimaketaren kalitatea hobetzeko. Ekoizpen eraginkortasunean eta hautsaren erabileran hainbat hobekuntza lor ditzake. Aldi berean, beam shapeing teknologiak prozesatzeko estrategia gehiago eskaintzen dizkigu, prozesuen diseinuaren askatasuna asko askatuz, hau da, laser bidezko fabrikazio gehigarrien teknologian aurrerapen iraultzailea.
Argitalpenaren ordua: 2024-02-28
