Laser bidezko gehigarrien fabrikazio teknologiak (AM), fabrikazio zehaztasun handiko, malgutasun handiko eta automatizazio maila handiko abantailekin, oso erabilia da automobilgintza, medikuntza, aeroespazial eta abar bezalako arloetako osagai gakoen fabrikazioan (adibidez, suzirien erregaiaren toberak, satelite antenen euskarriak, giza inplanteak, etab.). Teknologia honek inprimatutako piezen konbinazio-errendimendua asko hobetu dezake materialaren egituraren eta errendimenduaren fabrikazio integratuaren bidez. Gaur egun, laser bidezko gehigarrien fabrikazio teknologiak, oro har, erdigune handiko eta ertz baxuko energia-banaketa duen izpi gaussiar fokatu bat erabiltzen du. Hala ere, askotan gradiente termiko handiak sortzen ditu urtuan, eta ondorioz poroak eta ale lodiak eratzen dira. Izpiak moldatzeko teknologia arazo hau konpontzeko metodo berria da, eta inprimatze-eraginkortasuna eta kalitatea hobetzen ditu laser izpiaren energiaren banaketa doituz.
Kenketa tradizionalaren eta baliokideen fabrikazioarekin alderatuta, metalezko gehigarrien fabrikazio-teknologiak abantailak ditu, hala nola fabrikazio-ziklo laburra, prozesatzeko zehaztasun handia, materialen erabilera-tasa handia eta piezen errendimendu orokor ona. Hori dela eta, metalezko gehigarrien fabrikazio-teknologia asko erabiltzen da industria aeroespazialean, arma eta ekipamenduetan, energia nuklearrean, biofarmazian eta automobilgintzan. Diskreziozko pilaketaren printzipioan oinarrituta, metalezko gehigarrien fabrikazioak energia-iturri bat erabiltzen du (laserra, arkua edo elektroi-izpia, adibidez) hautsa edo alanbrea urtzeko, eta gero geruzaz geruza pilatzen ditu osagaia fabrikatzeko. Teknologia honek abantaila nabarmenak ditu lote txikiak, egitura konplexuak edo pieza pertsonalizatuak ekoizteko. Teknika tradizionalak erabiliz prozesatu ezin diren edo zailak diren materialak ere egokiak dira gehigarrien fabrikazio-metodoak erabiliz prestatzeko. Goian aipatutako abantailak direla eta, gehigarrien fabrikazio-teknologiak arreta handia erakarri du bai nazio mailan bai nazioartean. Azken hamarkadetan, gehigarrien fabrikazio-teknologiak aurrerapen azkarrak egin ditu. Laser bidezko gehigarrien fabrikazio-ekipoen automatizazioari eta malgutasunari esker, baita laser energia-dentsitate handiaren eta prozesatzeko zehaztasun handiaren abantaila zabalei esker ere, laser bidezko gehigarrien fabrikazio-teknologia garatu da azkarrena aipatutako hiru metalezko gehigarrien fabrikazio-teknologien artean.
Laser bidezko metalezko gehigarrien fabrikazio-teknologia LPBF eta DED bitan bana daiteke. 1. irudiak LPBF eta DED prozesuen eskema-diagrama tipiko bat erakusten du. LPBF prozesuak, Laser Urtze Selektiboa (SLM) bezala ere ezaguna, metalezko osagai konplexuak fabrikatu ditzake energia handiko laser izpiak hauts-ohe baten gainazalean bide finko batean eskaneatuz. Ondoren, hautsa urtu eta geruzaz geruza solidotzen da. DED prozesuak bi inprimatze-prozesu biltzen ditu batez ere: laser bidezko urtze-deposizioa eta laser bidezko hari bidezko elikadura gehigarrien fabrikazioa. Bi teknologia hauek metalezko piezak zuzenean fabrikatu eta konpondu ditzakete metalezko hautsa edo haria sinkronizatuta elikatuz. LPBFrekin alderatuta, DEDak produktibitate handiagoa eta fabrikazio-eremu handiagoa du. Gainera, metodo honek material konposatuak eta funtzionalki sailkatutako materialak ere eroso presta ditzake. Hala ere, DED bidez inprimatutako piezen gainazalaren kalitatea beti da eskasa, eta ondorengo prozesamendua beharrezkoa da helburuko osagaiaren dimentsio-zehaztasuna hobetzeko.
Gaur egungo laser gehigarrien fabrikazio prozesuan, normalean izpi gaussiar fokatua da energia iturria. Hala ere, bere energia banaketa berezia dela eta (erdigune altua, ertz baxua), gradiente termiko handiak eta urtutako putzuaren ezegonkortasuna sor ditzake. Horren ondorioz, inprimatutako piezen konformazio kalitate eskasa lortzen da. Gainera, urtutako putzuaren erdiguneko tenperatura altuegia bada, urtze-puntu baxuko metal elementuak lurrundu egingo dira, LBPF prozesuaren ezegonkortasuna areagotuz. Beraz, porositatea handitzearekin batera, inprimatutako piezen propietate mekanikoak eta nekearen iraupena nabarmen murrizten dira. Izpi gaussiarren energia banaketa irregularrak laser energiaren erabilera-eraginkortasun baxua eta energia xahuketa gehiegi eragiten ditu. Inprimatze-kalitate hobea lortzeko, ikertzaileek izpi gaussiarren akatsak konpentsatzeko modua aztertzen hasi dira, prozesuaren parametroak aldatuz, hala nola laser potentzia, eskaneatze-abiadura, hauts geruzaren lodiera eta eskaneatze-estrategia, energia-sarreraren aukera kontrolatzeko. Metodo honen prozesatzeko leiho oso estua denez, muga fisiko finkoek optimizazio gehiago egiteko aukera mugatzen dute. Adibidez, laser potentzia eta eskaneatze abiadura handitzeak fabrikazio-eraginkortasun handia lor dezake, baina askotan inprimatze-kalitatea sakrifikatzearen kostua dakar. Azken urteotan, laser energiaren banaketa izpien moldaketa estrategien bidez aldatzeak fabrikazio-eraginkortasuna eta inprimatze-kalitatea nabarmen hobetu ditzake, eta hori laser gehigarrien fabrikazio-teknologiaren etorkizuneko garapen-norabidea bihur daiteke. Izpien moldaketa teknologiak, oro har, sarrera-izpiaren uhin-frontearen banaketa doitzea adierazten du, nahi den intentsitate-banaketa eta hedapen-ezaugarriak lortzeko. Izpien moldaketa teknologiaren aplikazioa metalezko gehigarrien fabrikazio-teknologian 2. irudian ageri da.
Izpi-formatzeko teknologiaren aplikazioa laser bidezko gehigarrizko fabrikazioan
Gaussiar habe tradizionaleko inprimaketaren gabeziak
Metalezko laser bidezko gehigarrien fabrikazio-teknologian, laser izpiaren energia-banaketak eragin handia du inprimatutako piezen kalitatean. Gaussiar izpiak asko erabili izan diren arren metalezko laser bidezko gehigarrien fabrikazio-ekipoetan, eragozpen larriak dituzte, hala nola inprimatze-kalitate ezegonkorra, energia-erabilera txikia eta prozesu-leiho estuak gehigarrien fabrikazio-prozesuan. Horien artean, hautsaren urtze-prozesua eta urtutako putzuaren dinamika metalezko laser bidezko gehigarrien prozesuan hauts-geruzaren lodierarekin estuki lotuta daude. Hauts-zipriztin eta higadura-eremuen presentzia dela eta, hauts-geruzaren benetako lodiera espero teorikoa baino handiagoa da. Bigarrenik, lurrun-zutabeak atzeranzko zorrotada-zipriztin nagusiak eragin zituen. Metal-lurruna atzeko hormarekin talka egiten du zipriztinak sortzeko, eta hauek aurrealdeko horman zehar ihinztatzen dira urtutako putzuaren eremu ahurrarekiko perpendikularrean (3. irudian erakusten den bezala). Laser izpiaren eta zipriztinen arteko elkarrekintza konplexua dela eta, kanporatutako zipriztinek larriki eragin dezakete ondorengo hauts-geruzen inprimatze-kalitatean. Gainera, urtutako putzuan giltza-zuloen sorrerak ere larriki eragiten dio inprimatutako piezen kalitateari. Inprimatutako piezaren barneko poroak batez ere blokeatze-zulo ezegonkorrek eragiten dituzte.
Akatsen sorrera-mekanismoa habe-formazio teknologian
Izpi-moldaketa teknologiak hainbat dimentsiotan errendimendua hobetzea lor dezake aldi berean, eta hori desberdina da dimentsio bateko errendimendua hobetzen duten habe gaussiarretatik, beste dimentsioak sakrifikatu beharrean. Izpi-moldaketa teknologiak urtutako material-multzoaren tenperatura-banaketa eta fluxu-ezaugarriak zehaztasunez doi ditzake. Laser-energiaren banaketa kontrolatuz, tenperatura-gradiente txikiko urtutako material-multzo nahiko egonkorra lortzen da. Laser-energiaren banaketa egokia onuragarria da porositatea eta sputtering-akatsak kentzeko, eta metalezko piezetan laser bidezko inprimaketaren kalitatea hobetzeko. Hainbat hobekuntza lor ditzake ekoizpen-eraginkortasunean eta hautsaren erabileran. Aldi berean, izpi-moldaketa teknologiak prozesatzeko estrategia gehiago eskaintzen dizkigu, prozesuen diseinuaren askatasuna asko askatuz, eta hori aurrerapen iraultzailea da laser bidezko gehigarrien fabrikazio-teknologian.
Argitaratze data: 2024ko otsailaren 28a
