Applicazione di a tecnulugia di forma di fasciu in a fabricazione additiva laser di metalli

A tecnulugia di fabricazione additiva laser (AM), cù i so vantaghji di una alta precisione di fabricazione, una forte flessibilità è un altu gradu d'automatizazione, hè largamente usata in a fabricazione di cumpunenti chjave in campi cum'è l'automobile, a medicina, l'aerospaziale, etc. ugelli di carburante, supporti di antenne satellitari, implanti umani, etc.). Sta tecnulugia pò migliurà assai u rendiment di cumminazione di parti stampate attraversu a fabricazione integrata di struttura è prestazione di materiale. Attualmente, a tecnulugia di fabricazione additiva laser adopta generalmente un fasciu Gaussian focalizatu cù un centru altu è una distribuzione d'energia di punta bassa. Tuttavia, spessu genera gradienti termali elevati in a fusione, purtendu à a furmazione successiva di pori è grani grossi. A tecnulugia di forma di fasciu hè un novu metudu per risolve stu prublema, chì migliurà l'efficienza è a qualità di stampa aghjustendu a distribuzione di l'energia di u fasciu laser.

In cunfrontu cù a sottrazione tradiziunale è a fabricazione equivalente, a tecnulugia di fabricazione additiva di metalli hà vantaghji cum'è u tempu di ciculu di fabricazione brevi, una alta precisione di trasfurmazioni, un altu tassu d'utilizazione di materiale è un bonu rendimentu generale di e parti. Dunque, a tecnulugia di fabricazione additiva di metalli hè largamente usata in industrii cum'è l'aerospaziale, l'arme è l'equipaggiu, l'energia nucleare, i biofarmaceutici è l'automobile. Basatu annantu à u principiu di stacking discretu, a fabricazione di additivi metallici utilizza una fonte d'energia (cum'è laser, arcu, o fasciu di elettroni) per fonde a polvera o u filu, è poi impila strata per strata per fabricà u cumpunente di destinazione. Sta tecnulugia hà vantaghji significativi in ​​a pruduzzione di picculi lotti, strutture cumplessi, o parti persunalizati. I materiali chì ùn ponu esse o sò difficiuli di processà cù e tecniche tradiziunali sò ancu adattati per a preparazione cù metudi di fabricazione additiva. A causa di i vantaghji sopra, a tecnulugia di fabricazione additiva hà attiratu una grande attenzione da i studiosi in u paese è à l'internaziunale. In l'ultimi decennii, a tecnulugia di fabricazione additiva hà fattu un prugressu rapidu. A causa di l'automatizazione è a flessibilità di l'equipaggiu di fabricazione di additivi laser, è ancu di i vantaghji cumpleti di una alta densità d'energia laser è una alta precisione di trasfurmazione, a tecnulugia di fabricazione di additivi laser hà sviluppatu u più veloce trà e trè tecnulugia di fabricazione additiva di metalli sopra citate.

A tecnulugia di fabricazione additiva di metalli laser pò esse più divisa in LPBF è DED. A Figura 1 mostra un schema schematicu tipicu di i prucessi LPBF è DED. U prucessu LPBF, cunnisciutu ancu com'è Selective Laser Melting (SLM), pò fabricà cumpunenti di metalli cumplessi scannendu raggi laser d'alta energia longu un percorsu fissu nantu à a superficia di un lettu di polvera. Allora, u polveru si scioglie è si solidifica capa per capa. U prucessu DED include principalmente dui prucessi di stampa: a deposizione di fusione laser è a fabricazione additiva di alimentazione di filu laser. Tramindui sti tecnulugii ponu direttamente fabricà è riparà e parti metalliche alimentate in modu sincronu di polvere di metallu o filu. Comparatu à LPBF, DED hà una produttività più altu è una zona di fabricazione più grande. Inoltre, stu metudu pò ancu preparà cunvenemente materiali cumposti è materiali funzionalmente classificati. In ogni casu, a qualità di a superficia di e parti stampate da DED hè sempre povera, è u prucessu sussegwente hè necessariu per migliurà a precisione dimensionale di u cumpunente di destinazione.

In u prucessu di fabricazione additiva laser attuale, u fasciu gaussianu focalizatu hè di solitu a fonte d'energia. In ogni casu, per via di a so distribuzione di energia unica (altu centru, bordu bassu), hè prubabile di causà alti gradienti termichi è inestabilità di a piscina di fusione. Risultatu in una qualità di formatura povera di e parti stampate. Inoltre, se a temperatura di u centru di a piscina fusa hè troppu altu, pruvucarà l'elementi metallichi di u puntu di fusione à vaporizà, aggravando ancu a inestabilità di u prucessu LBPF. Per quessa, cù un aumentu di a porosità, e proprietà meccaniche è a vita di fatigue di i pezzi stampati sò significativamente ridotti. A distribuzione di l'energia irregolare di i fasci gaussiani porta ancu à una bassa efficienza di usu di l'energia laser è un eccessivu di sprechi d'energia. Per ottene una qualità di stampa megliu, i studiosi anu cuminciatu à spiegà cumpensà i difetti di i fasci di Gauss mudificà i paràmetri di u prucessu, cum'è a putenza laser, a velocità di scansione, u grossu di a capa di polvera è a strategia di scanning, per cuntrullà a pussibilità di input di energia. A causa di a finestra di prucessu assai stretta di stu metudu, limitazioni fisiche fissi limitanu a pussibilità di più ottimisazione. Per esempiu, l'aumentu di a putenza laser è a velocità di scansione ponu ottene una alta efficienza di fabricazione, ma spessu vene à u costu di sacrificà a qualità di stampa. In l'ultimi anni, cambià a distribuzione di l'energia laser per mezu di strategie di forma di fasciu pò migliurà significativamente l'efficienza di a fabricazione è a qualità di stampa, chì ponu diventà a direzzione futura di sviluppu di a tecnulugia di fabricazione additiva laser. A tecnulugia di forma di fasciu si riferisce in generale à l'aghjustà a distribuzione di fronti d'onda di u fasciu di input per ottene a distribuzione d'intensità desiderata è e caratteristiche di propagazione. L'applicazione di a tecnulugia di forma di fasciu in a tecnulugia di fabricazione additiva di metalli hè mostrata in Figura 2.

Applicazione di a tecnulugia di forma di fasciu in a fabricazione additiva laser

I difetti di a stampa tradiziunale gaussiana

In a tecnulugia di fabricazione additiva laser di metalli, a distribuzione di l'energia di u fasciu laser hà un impattu significativu nantu à a qualità di e parti stampate. Ancu s'è i fasci gaussiani sò stati largamente usati in l'equipaggiu di fabricazione additiva laser di metalli, soffrenu di svantaghji seri, cum'è a qualità di stampa inestabile, l'utilizazione di l'energia bassa è i finestri di prucessu stretti in u prucessu di fabricazione additiva. Frà elli, u prucessu di fusione di u polveru è a dinamica di a piscina fusa durante u prucessu di additivu laser di metallu sò strettamente ligati à u grossu di a capa di polvera. A causa di a prisenza di e zoni di spruzzi di polveri è di erosione, u grossu propiu di a capa di polvera hè più altu ch'è l'aspettazione teorica. Siconda, a colonna di vapore hà causatu i principali spruzzi di jet backward. U vapore di metallu collide cù u muru posteriore per furmà splashes, chì sò sprayed along the front wall perpendicular to the concave area of ​​the funden pool (cum'è mostra in Figura 3). A causa di l'interazzione cumplessa trà u fasciu laser è i spruzzi, i splashes ejected ponu affettà seriamente a qualità di stampa di i strati di polveri successivi. Inoltre, a furmazione di chjavi in ​​a piscina di fusione afecta ancu seriamente a qualità di e parti stampate. I pori internu di u pezzu stampatu sò principalmente causati da i buchi di serratura inestabile.

U mecanismu di furmazione di difetti in a tecnulugia di forma di fasciu

A tecnulugia di forma di fasciu pò ottene u migliuramentu di u rendiment in parechje dimensioni simultaneamente, chì hè diversu da i fasci gaussiani chì migliurà u rendiment in una dimensione à u costu di sacrificà altre dimensioni. A tecnulugia di forma di fasciu pò aghjustà accuratamente a distribuzione di a temperatura è e caratteristiche di u flussu di a piscina di fusione. Per cuntrullà a distribuzione di l'energia laser, hè ottenuta una piscina fusa relativamente stabile cù una piccula gradiente di temperatura. A distribuzione d'energia laser appropritata hè benefica per a suppressione di porosità è difetti di sputtering, è per migliurà a qualità di stampa laser nantu à parti metalliche. Pò ottene diverse migliure in l'efficienza di a produzzione è l'utilizazione di polvera. À u listessu tempu, a tecnulugia di forma di fasciu ci furnisce più strategie di trasfurmazioni, liberando assai a libertà di u disignu di u prucessu, chì hè un prugressu rivoluzionariu in a tecnulugia di fabricazione additiva laser.