Лазерный мир

Рис. Несколько структурных компонентов, расположенных на базовой плите после процесса селективного лазерного плавления. (Изображение: Fraunhofer EMI)

Новости от AILU — Ассоциация промышленных лазерных пользователей
Дейв МакЛеллан, исполнительный директор AILU, спрашивает, готово ли аддитивное производство для широкомасштабной реализации в объемном производстве.
Аддитивное производство или 3D-печать с использованием металлов и с использованием лазеров — это быстро растущая технология, где глобальный рынок примерно удваивается по размеру каждые три года. Несмотря на успешный рост и прорыв в производительности, перешла ли уже технология от быстрого прототипирования к быстрому производству? Эта технология действительно взлетела на рынках с низким объемом и высокой стоимостью, таких как автоспорт, ортопедия и аэрокосмическая промышленность, но теперь она готова ли к широкомасштабному внедрению в объемном производстве? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо учитывать несколько параметров, и AILU проводит семинар 3 октября (подробности ниже), где те, кто ищет ответы, могут узнать больше от экспертов из первых рук.

Какой метод использовать — DED или SLM?

Существует два основных метода, хотя каждый из них известен под несколькими аббревиатурами. Оба метода имеют четкое преимущество по сравнению с «механической обработкой из твердого тела», такое, что эффективность процесса — получение почти конечной формы с минимальным количеством отхода — выше, при обеспечении более короткого производственного цикла и меньшей стоимости материала.
В первом методе лазерный луч расплавляет материал, подаваемый в лазерный луч с помощью устройства подачи порошка или проволоки — мы будем называть это Directed Energy Deposition — направленное энергетическое осаждение (DED). Этот метод потенциально обеспечивает большую скорость сборки и меньшее разрешение готового компонента (пока не завершена финишная механическая обработка).
Во втором методе, который, возможно, становится все более заметным благодаря поставщикам оборудования, лазерный луч сканируется через слой порошка, чтобы расплавить / сплавить срез 3D CAD-модели по одному слою за один раз — позвольте нам назвать это Selective Laser Melting — селективным лазерным сплавлением (SLM). Этот метод — с меньшими размерами пятна и диаметрами частиц тонкого порошка, чем DED, — может обеспечить лучшее разрешение, и для отделки поверхности может потребоваться меньшая обработка после изготовления. Этот процесс имеет ограничения на размер компонентов, из-за наличия ограниченности в размерах порошковых камер и областей сканирования. Особенностью этого метода также возможность является повторного использования неиспользуемого порошка.

Какие материалы можно использовать?

В обоих процессах необходимо учитывать доступность материала в виде проволоки или порошка. Обычно используются нержавеющие стали и инструментальные стали, а также титановые и алюминиевые сплавы в медицинских и аэрокосмических применениях. Некоторые материалы пирофорные (они легко зажигаются при контакте с воздухом). В частности, это проблема при реализации SLM: в форме тонкого порошка такие материалы, как алюминий, титан и магний, которые высоко ценятся для легких конструкций, также очень легко воспламеняются, поэтому важно правильно организовать процесс обработки. Диапазон новых сплавов, которые становятся доступными, продолжает расти.

Как быстро и насколько крупно?

Для экономики производства требуется постоянное улучшение времени цикла, позволяющее создавать 3D-конструкции на коммерческой жизнеспособной скорости и стоимости. Развитие волоконного лазера продолжает обеспечивать более высокие мощности и путем объединения нескольких лазерных источников — несколько машиностроителей объединяют четыре лазера в одной машине — может быть достигнута комбинация скорости и точности. Пределы текущего размера для SLM обычно составляют менее 0,5 м3, возможно, до 800 мм по одной оси. Время изготовления с SLM обычно составляет десятки часов, хотя в одной партии можно сделать большое количество небольших деталей. С DED гораздо меньше ограничений на общий размер деталей, которые можно построить.

Как насчет интерфейса с оператором?

Как и в случае любой быстро развивающейся технологии, удобство использования машин важно, и программное обеспечение необходимо для более автоматизированной настройки систем. Четвертая промышленная революция требует, чтобы механизмы работали более эффективно и минимизировали задачи, которые должен выполнять человек-оператор. Поэтому многие поставщики интегрируют модульную загрузку и разгрузку для повышения производительности.

Как насчет аттестации и сертификации?

Поскольку аддитивное 3D-производство берет на себя производственную роль — в отличие от прототипирования — то становится необходимым проверять изготовленные компоненты, оценивая соответствие геометрии и качества. Необходимо предотвращать возможность загрязнения материала, поэтому требуются неразрушающие испытания и анализ, а также обширные испытания машин и материалов для обеспечения соответствия металлургии. Аэрокосмические, ядерные, автомобильные и медицинские рынки нуждаются в критичной для безопасности сертификации, чтобы быть уверенными в том, что этот процесс будет работать и уменьшит риск сбоев деталей.

Источник: https://www.lasersystemseurope.com/news/laser-additive-manufacturing-production-ready