Seçici lazer eritme (SLM) teknolojisi, mükemmel mekanik özelliklere sahip karmaşık, yüksek kaliteli metal parçaların üretilmesini sağlayan devrim niteliğindeki bir katkı üretim tekniği olarak ortaya çıkmıştır. Bu teknolojinin merkezinde, çok yönlü ve önemli bir rol oynayan lazer yatıyor. SLM teknolojisinin bir tedarikçisi olarak, bu kesme kenar alanındaki lazerlerin önemine ilk elden tanık oldum.
1. SLM teknolojisinin temelleri
Lazerlerin rolünü incelemeden önce, SLM teknolojisinin temel ilkelerini anlamak önemlidir. SLM, katmana göre üç boyutlu nesneler katmanı oluşturan bir katkı üretim sürecidir. Bir yapı platformuna eşit olarak yayılmış ince bir metal toz tabakası ile başlar. Daha sonra lazer, dijital bir modele göre belirli alanlarda tozu seçici olarak eritir ve istenen şekle katılaştırır. Bir katman tamamlandıktan sonra yapım platformu azalır, yeni bir toz katmanı uygulanır ve işlem tüm nesne oluşana kadar tekrarlanır.
2. enerji kaynağı olarak lazer
Lazerin SLM teknolojisindeki en temel rolü bir enerji kaynağıdır. Lazer ışını, metal tozunu eritmek için gereken yüksek yoğunluklu enerjiyi sağlar. Farklı metallerin farklı erime noktaları vardır ve lazer bu erime noktalarına ulaşmak ve aşmak için yeterli enerji sağlayabilmelidir. Örneğin, havacılık ve tıbbi uygulamalarda yaygın olarak kullanılan titanyum alaşımları nispeten yüksek erime noktalarına sahiptir (yaklaşık 1668 ° C). Titanyum tozunun tam erimesini sağlamak için yüksek güçlü bir lazer gereklidir, bu da yoğun ve kusurlu bir kısım ile sonuçlanır.
Lazer ışınının enerji yoğunluğu kritik bir parametredir. Lazerin gücünün toz yatağındaki lazer nokta alanına bölünmesi olarak tanımlanır. Toz parçacıkları arasında iyi erime ve bağ elde etmek için uygun bir enerji yoğunluğu gereklidir. Enerji yoğunluğu çok düşükse, toz tamamen erimeyebilir, bu da son kısımda gözeneklilik ve zayıf mekanik özelliklere yol açabilir. Öte yandan, enerji yoğunluğu çok yüksekse, aşırı eritme, toplama (sürekli bir tabaka yerine erimiş metal küresel toplarının oluşumu) ve parçanın bozulmasına neden olabilir.
3. Hassas tarama ve desen üretimi
SLM sistemlerindeki lazerler, lazer ışınının toz yatağına hareketini tam olarak kontrol edebilen tarama aynaları ile donatılmıştır. Bu, baskılı parçalarda karmaşık geometrilerin ve ince detayların oluşturulmasına izin verir. Nesnenin dijital modeli ince katmanlar halinde dilimlenir ve tarama sistemi, lazeri toz yatağındaki her bir katmanın şeklini izlemeye yönlendirir.
Tarama hızı ve yolunun da basılı parçanın kalitesi üzerinde önemli bir etkisi vardır. Daha yavaş bir tarama hızı, birim alan başına daha fazla enerjinin biriktirilmesini sağlar, bu da tozun erimesini ve bağlanmasını iyileştirir. Ancak, aynı zamanda yapı süresini de artırır. Tarama yolu, tozun düzgün ısıtılması ve soğutulmasını sağlamak için dikkatlice planlanmalı, termal gerilmeler ve bükülme riskini azaltmalıdır. Örneğin, kıvrımlı veya raster tarama deseni kullanılabilir, ancak tarama hatlarının yönü ve üst üste binmesi optimize edilmelidir.
4. Malzeme etkileşimi ve mikro yapı kontrolü
Erime işlemi sırasında lazer ve metal tozu arasındaki etkileşim, basılı parçanın mikro yapısını etkiler. Lazer tozu erittiğinde, yüksek soğutma oranlarından dolayı hızlı katılaşma meydana gelir. Bu hızlı katılaşma, genellikle daha yüksek mukavemet ve sertlik gibi iyileştirilmiş mekanik özelliklere yol açan ince taneli mikro yapılara neden olabilir.
Lazer parametreleri, katılaşma işlemini kontrol etmek için ayarlanabilir. Örneğin, lazer gücünü, tarama hızını ve nabız süresini değiştirerek soğutma hızı değiştirilebilir. Daha yavaş bir soğutma hızı, sünekliğin daha önemli olduğu bazı uygulamalarda yararlı olabilen daha büyük tanelerin büyümesini teşvik edebilir. Buna karşılık, daha hızlı bir soğutma hızı, daha ince taneli bir mikroyapı üretebilir, mukavemeti artırabilir ve aşınma direncini artırabilir.
5. Diğer katkı üretim teknolojileriyle karşılaştırma
Gibi diğer katkı üretim teknolojilerine kıyaslaDLP teknolojisi-SLS teknolojisi, VeFDM teknolojisi, Lazerlerin SLM'deki rolü farklıdır.
- DLP teknolojisi: DLP (Dijital Işık İşleme) Teknolojisi, sıvı fotopolimerleri katmana göre iyileştirmek için dijital ışık projektörü kullanır. Bir lazer yerine, kürleme işlemi için ışık projeksiyonuna dayanır. Bu teknoloji esas olarak yüksek yüzey kaplaması ve nispeten yüksek çözünürlüğe sahip plastik parçalar üretmek için kullanılır. Buna karşılık, SLM, metal tozlarını eritmek için lazerler kullanır ve güçlü ve dayanıklı metal parçaların üretimini sağlar.
- SLS teknolojisi: SLS (seçici lazer sinterleme) ayrıca bir lazer kullanır, ancak toz parçacıklarını tam olarak eritmek yerine birlikte sinerler. SLS, polimer ve seramik malzemeler için yaygın olarak kullanılır. SLS'deki lazer, toz parçacıklarını temas noktalarına bağlamak için yeterli enerji sağlarken, SLM'de toz tamamen eritilir. Bu fark, SLM parçalarının SLS parçalarına kıyasla daha yüksek yoğunluğa ve daha iyi mekanik özelliklere sahip olmasına neden olur.
- FDM teknolojisi: FDM (kaynaşmış biriktirme modellemesi), bir termoplastik filamanı ısıtılmış bir nozuldan ekstrüde ederek ve katmanı katmanla biriktirerek çalışır. Hiç lazer kullanmaz. FDM, plastik prototipler ve basit parçalar üretmek için daha maliyetli - etkili ve erişilebilir bir teknolojidir. Lazer bazlı erime işlemi ile SLM, daha karmaşık ve yüksek performanslı metal parçalar yaratabilir.
6. Kalite güvencesi ve izleme
SLM sistemlerindeki lazerler de kalite güvencesi ve izleme amaçlı kullanılabilir. Bazı gelişmiş SLM makineleri, yazdırma işlemi sırasında kusurları tespit etmek için lazerin kendisini veya ek sensörleri kullanan proses izleme sistemleri ile donatılmıştır. Örneğin, lazer, toz kapsama alanı eksikliğini veya eksikliğini tespit etmek için eritmeden önce ve sonra toz yatağının yüksekliğini ölçmek için kullanılabilir.
Erime işlemi sırasında lazer ışığının yansımasını veya emilimini analiz ederek, gözeneklilik, çatlaklar veya eksik erime gibi kusurları tespit etmek mümkündür. Bu gerçek zaman izleme, baskı parametrelerinde derhal ayarlamaların yapılmasını sağlar ve yüksek kaliteli parçaların üretilmesini sağlar.
7. Zorluklar ve gelecekteki gelişmeler
SLM teknolojisindeki lazerlerin birçok avantajına rağmen, hala bazı zorluklar var. Ana zorluklardan biri, yüksek güç lazerlerin yüksek maliyeti ve ilişkili bakımdır. Ek olarak, optimal sonuçlar elde etmek için lazer parametrelerini kontrol etmenin karmaşıklığı, vasıflı operatörler ve gelişmiş kontrol sistemleri gerektirir.
Gelecekte, SLM için lazer teknolojisinde daha fazla gelişme görmeyi bekleyebiliriz. Daha yüksek verimliliğe, daha iyi ışın kalitesi ve daha hassas kontrole sahip yeni lazer türleri geliştirilecektir. Bu gelişmeler daha hızlı baskı hızlarına, iyileştirilmiş parça kalitesine ve daha geniş bir malzeme yelpazesi işleme yeteneğine yol açacaktır.
SLM teknolojisinin bir tedarikçisi olarak, lazerle ilgili süreçleri optimize ederek sistemlerimizin performansını sürekli olarak geliştirmeye çalışıyoruz. Lazer tabanlı SLM teknolojisinden en iyi şekilde yararlanmalarına yardımcı olmak için müşterilerimize kapsamlı eğitim ve destek sunuyoruz.
Üretim ihtiyaçlarınız için SLM teknolojisinin potansiyelini araştırmak istiyorsanız, sizi ayrıntılı bir tartışma için bizimle iletişime geçmeye davet ediyoruz. Uzman ekibimiz size özelleştirilmiş çözümler sunmaya ve üretim hedeflerinize ulaşmanıza yardımcı olmaya hazırdır.
Referanslar
- Gibson, I., Rosen, DW ve Stucker, B. (2010). Katkı Üretim Teknolojileri: Doğrudan Dijital Üretime Hızlı Prototipleme. Springer Bilim ve İşletme Medyası.
- Kruth, J. - P., Leu, MC ve Nakagawa, T. (2007). Katkı üretiminde ve hızlı prototiplemede ilerleme. CIRP Annals - Üretim Teknolojisi, 56 (2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I. ve Bertrand, P. (2008). Ti6al4v alaşımı için seçici lazer eritme işlemi parametrelerinin analizi. Malzemeler ve Tasarım, 29 (4), 826 - 831.