Лазерный мир

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории разработали технологию, которая может многократно ускорить 3D-печать металлом. В отличие от существующих методов, в которых лазерный луч последовательно перемещается по слою печатаемого материала, в новой технологии лазер спекает весь слой одновременно. Исследование опубликовано в журнале Optics Express.

Diode-based additive manufacturing of metals using an optically-addressable light valve
Selective Laser Melting (SLM) of metal powder bed layers, whereby 3D metal objects can be printed from a digital file with unprecedented design flexibility, is spurring manufacturing innovations in medical, automotive, aerospace and textile industries. Because SLM is based on raster-scanning a laser beam over each layer, the process is relatively slow compared to most traditional manufacturing methods (hours to days), thus limiting wider spread use. Here we demonstrate the use of a large area, photolithographic method for 3D metal printing, using an optically-addressable light valve (OALV) as the photomask, to print entire layers of metal powder at once. An optical sheet of multiplexed ~5 kW, 20 ms laser diode and ~1 MW, 7 ns Q-switched laser pulses are used to selectively melt each layer. The patterning of near infrared light is accomplished by imaging 470 nm light onto the transmissive OALV, which consists of polarization-selective nematic liquid crystal sandwiched between a photoconductor and transparent conductor for switching.
https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-25-10-11788

Металлическая 3D-печать уже используется в серийном производстве, позволяя печатать изделия сложной формы. Однако скорость такой печати все еще остается невысокой, и печать одной детали может занимать несколько дней. Это сильно ограничивает ее применение.

Обычно металлическая 3D-печать происходит следующим образом: лазерный луч последовательно перемещается по рабочей поверхности принтера, спекая нанесенный на нее металлический порошок. После прохождения лучом всей поверхности на нее добавляется новый порошок и процесс повторяется для каждого слоя. При высоком разрешении печати луч проходит большое количество полос в слое и большое количество слоев.

Ученые решили создать технологию, которая была бы лишена этого недостатка, и радикально повысить за счет этого скорость печати. Представленная технология основана на использовании лазерного модулятора из жидких кристаллов, который служит динамическим «трафаретом» для лазерного излучения. Метод можно описать следующим образом. В систему загружается файл с трехмерной моделью печатаемого изделия, которое разбивается на слои. Затем массив синих светодиодов проецирует на фотопроводящую пластину изображение печатаемого слоя. За пластиной находится массив из жидких кристаллов. При проецировании изображения пластина начинает проводить электричество в областях, облученных светом, из-за чего жидкие кристаллы поворачиваются, давая лазерному лучу возможность распространяться. Таким образом, для каждого слоя изделия формируется подобие трафарета. Затем на систему подается мощное лазерное излучение, которое спекает одновременно весь слой металлического порошка. Описанная процедура повторяется для каждого слоя порошка до момента, когда изделие будет полностью сформировано.

Таким образом, исследователи смогли заменить последовательный процесс печати на параллельный. Ученые утверждают, что их технология позволит производить металлическую деталь объемом в один кубический метр за несколько часов, тогда как для текущих методов срок изготовления такой детали может составлять несколько лет.
Недавно концерн Boeing заявил, что планирует использовать металлическую 3D-печать для производства некоторых деталей самолета Boeing 787 Dreamliner. По их оценке, использование таких деталей позволит экономить до трех миллионов долларов при создании каждого лайнера.

Источник: https://nplus1.ru/news/2017/05/29/faster-metal-3d-printing