Лазерные аддитивные технологии (LAM)

Лазерные аддитивные технологии (LAM)

07-08-2020

Лазерные аддитивные технологии (LAM) относится к технологиям создания трехмерных объектов с использованием лазера в качестве источника тепла. LAM можно разделить на подкатегории в зависимости от механизма фазового перехода: лазерное плавление и лазерная полимеризация. При лазерном плавлении материал подается в виде порошка через сопло в обрабатывающей головке, затем расплавляется лазерным лучом и отвердевает. Для лазерной полимеризации используются фотореактивные смолы, отверждающиеся под действием ультрафиолетового лазерного излучения.


Лазерная полимеризация

Процессы лазерной полимеризации основаны на принципе фазового перехода материала: жидкая светочувствительная смола, которая затвердевает при облучении от (обычно маломощного) лазерного источника. Процессы лазерной по прочности получаемых деталей, поэтому они используются преимущественно в прототипировании, а не для изготовления конструкционных деталей.

1. Стереолитография (SLA)

Стереолитография основана на принципе фотополимеризации фоточувствительных мономерных смол при воздействии ультрафиолетового излучения. Источником УФ-излучения выступает маломощный He-Cd или Nd: YVO4-лазер (до 1000 мВ). Установка SLA обычно состоит из встроенной платформы, которая погружена в ванну с жидкой смолой и лазерного источника с соответствующим аппаратным и программным обеспечением. Сканирование выполняется послойно в соответствии с данными CAD модели. После сканирования контура платформа погружается в смолу на глубину одного слоя. Затем процесс повторяется.

2. Фотополимеризация с использованием интегрального облучения УФ-лампой (SGC)

SGC - это технология аддитивного производства основанная на использовании фотополимеров, при которой отвержение слоя осуществляется с помощью мощной УФ-лампы или лазерного источника через маску. метод обеспечивает хорошую точность и очень высокую скорость, но несет высокие эксплуатационные расходы из-за сложности системы.

3. Жидкая термическая полимеризация (LTP)

LTP – технология, схожая с SLA с разницей с том, что полимеры, используемые для LTP, являются термореактивными, а не фотореактивными, и, следовательно, их затвердевание вызвано тепловой энергией. Термическая природа процесса затрудняет контроль размера зоны полимеризации из-за рассеяния тепла, поэтому детали, полученные этим способом, менее точны. Тем не менее, процесс имеет относительно высокую пропускную способность и может рассматриваться в приложениях, не требующих высокой точности.

4. Голографическое интерференционное затвердевание (HIS)

В этом процессе голографическое изображение проецируется на жидкий светочувствительный полимер, содержащийся в ванне, так чтобы затвердевала вся поверхность полимера. По сути, этот процесс действительно похож на процесс твердотельного отверждения.

Лазерное плавление

В аддитивных технология лазерного плавления используется лазерный источник для селективного плавления материала, поставляемого в зону обработки в виде мелкого порошка. Затем материал охлаждается и затвердевает, образуя деталь. Для позиционирования лазерного луча в плоскости ХУ используется сканирующая оптика, а стол движется по оси Z.

1. Селективное лазерное спекание (SLS)

В селективном лазерном спекании используется тонкий порошок, который сплавляется лазерным лучом. Перед спеканием порошка лазерным лучом весь слой нагревают чуть ниже точки плавления материала, чтобы минимизировать тепловые искажения и облегчить плавление в предыдущем слое. После того, как слой построен, заготовка опускается и наносится новый слой порошка. Данный процесс все еще относительно медленный и страдает от таких проблем, как неравномерное распределение теплового поля, которое может привести к тепловому искажению и образованию трещин на изделии. Несмотря на это, высокая точность и качество поверхности, получаемой при SLS делают его одним из наиболее часто используемых процессов для металлов.

2. Селективное лазерное плавление (SLM)

Селективное лазерное плавление - процесс, аналогичный SLS, но вместо спекания в процессе SLM происходит плавление порошка для формирования детали. Следовательно, мощность лазерного луча обычно выше (около 400 Вт).

3. Лазерное сплавление порошков (LENS)

LENS использует мощный лазер для расплавления металлического порошка. Порошок подается коаксиально с лазерным лучом через лазерную головку. Металлические порошки доставляются и распределяются по окружности головки под действием силы тяжести или с использованием газа-носителя под давлением. Лазерный луч создает небольшую лужицу расплава на подложке или ранее нанесенных слоях. Порошок подается в эту лужицу, наращивая высоту от поверхности подложки.  По сравнению с технологиями, в которых используются порошковые ванны (такие как SLM), объекты, созданные с помощью этой технологии, могут быть значительно больше, до нескольких метров в длину; однако точность и качество поверхности ниже.

4. Прямое нанесение металла (DMD)

 DMD - метод, в котором лазер используется в качестве источника энергии для спекания или плавления порошкообразного металла, при этом лазер сканирует плоскость заготовки, определяемую трехмерной моделью, спекая или расплавляя металл. Принцип работы действительно близок к SLS / SLM, но не имеет порошкового слоя; вместо этого порошок подается несколькими форсунками непосредственно на обрабатывающую головку.

5. Лазерное осаждение порошка (LPD)

В этом процессе поток порошка / воздуха направлен непосредственно в точку фокусировки лазерного луча на подложке.

Из перечисленных технологий селективное лазерное плавление продемонстрировало наиболее быстрый рост в последние годы, поскольку оно создает функциональные детали, предназначенные для автомобильной и аэрокосмической промышленности. Преимуществами технологии SLM по сравнению с традиционными методами производства являются: низкая стоимость изготовления крупных и сложных деталей и упрощение процесса изготовления нестандартных деталей за счет гибкости и адаптивности. Технология позволяет создавать легкие и сложные детали не снижая производительность, что практический недостижимо традиционными методами производства.



Назад