Лазерный мир

Техника с использованием диодов, заимствованных у Национальный комплекс лазерных термоядерных реакций LLNL (National Ignition Facility, NIF), снижает остаточное напряжение на целых 90 процентов.

Сборка и отжиг прямоугольного блока из нержавеющей стали 316L (нажмите для получения информации).

В 3D-печати остаточное напряжение может накапливаться в деталях во время процесса печати из-за расширения нагретого материала и сжатия холодного материала, создавая силы, которые могут деформировать деталь и вызывать трещины, которые могут ослабить деталь, особенно в металлах.

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) и Калифорнийского университета в Дэвисе решают эту проблему с помощью лазерных диодов, мощных лазеров, заимствованных из технологии, созданной для Национального комплекса лазерных термоядерных реакций LLNL, для быстрого нагрева печатных слоев во время сборки.

Новая методика, описанная в статье, опубликованной в разделе «Аддитивное производство», приводит к снижению эффективного остаточного напряжения в металлических испытательных деталях с 3D-печатью на 90 процентов, позволяя исследователям снизить температурный градиент и контролировать скорость охлаждения.

«В металлах действительно трудно преодолеть эти напряжения», — прокомментировал ведущий автор Джон Ролинг. «Была проделана большая работа по изменению стратегии сканирования, чтобы перераспределить остаточные напряжения, но наш подход состоит в том, чтобы избавиться от них, пока мы делаем деталь, чтобы устранить эти проблемы. Благодаря такому подходу мы можем эффективно избавиться от остаточных напряжений до такой степени, что во время сборки больше не будет отказов деталей ».

Лазерная порошковая наплавка по насыпанному слою (Laser powder bed fusion)

Инженер LLNL и соавтор Уилл Смит построил небольшие, похожие на мосты конструкции из нержавеющей стали 316L, используя процесс плавления в лазерном порошковом слое. Он позволил каждому слою затвердеть, прежде чем осветить поверхности диодами, первоначально на полную мощность и сразу же понизить интенсивность в течение 20 секунд. Результат был похож на помещение детали в печь после каждого слоя, так как температура поверхности достигала около 1000 ° C .

Готовые детали, с их толстыми ножками и тонким выступающим выступом, позволили исследователям измерить, какое остаточное напряжение было снято, отрезав одну из ножек и проанализировав, насколько сдвинулась более тонкая выступающая часть. По словам исследователей, когда использовались диоды, мост больше не отклонялся.

Смит сказал: «Сборка деталей была похожа на работу обычного металлического 3D-принтера, но новая часть нашей машины заключается в том, что мы используем вторичный лазер, который проецируется на большую площадь и затем нагревает деталь — она повышает температуру быстро и медленно охлаждает его контролируемым образом.

«Когда мы использовали диоды, мы увидели тенденцию к снижению остаточного напряжения, и это по сравнению с тем, что традиционно делается после отжига детали в печи. Это был хороший результат, и он был многообещающим в отношении эффективности нашей техники ».

Этот подход является результатом предыдущего проекта, в котором лазерные диоды, разработанные для сглаживания лазеров в NIF, использовались для 3D-печати целых металлических слоев за один импульс. По словам Ролинга, это улучшает другие распространенные методы снижения остаточного напряжения в металлических деталях, такие как изменение стратегии сканирования или использование нагретой сборочной пластины. Поскольку слой нагревается сверху, нет ограничений на высоту деталей.

Исследователи планируют затем провести более углубленное исследование, обращая свое внимание на увеличение количества слоев в цикле нагрева, чтобы посмотреть, смогут ли они снизить остаточное напряжение в той же степени, попробовать более сложные детали и использовать более количественные методы, чтобы получить больше глубокое понимание процесса.

Возможности для совершенствования

«Эта технология может быть отмасштабирована, потому что сейчас мы проектируем относительно небольшую площадь, и еще есть много возможностей для совершенствования», — сказал Смит. «Добавив больше диодных лазеров, мы могли бы увеличить площадь нагрева, если бы кто-то хотел интегрировать это в систему с большей площадью печати».

Что еще более важно, сказал Ролинг, исследователи изучат возможность контроля фазовых превращений в титановом сплаве (Ti64). Как правило, при сборке с Ti64 фазовое превращение приводит к тому, что металл становится чрезвычайно хрупким, что приводит к растрескиванию деталей. Если исследователи смогут избежать преобразования, медленно охлаждая деталь, это может сделать материал достаточно пластичным, чтобы соответствовать аэрокосмическим стандартам, сказал Ролинг, добавив, что предварительные результаты являются многообещающими.

Проект финансировался в рамках программы научных исследований и разработок лаборатории.

Источник: http://optics.org/news/10/7/4