A tecnulugia di fabricazione additiva laser (AM), cù i so vantaghji di alta precisione di fabricazione, forte flessibilità è altu gradu di automatizazione, hè largamente aduprata in a fabricazione di cumpunenti chjave in campi cum'è l'automobile, a medicina, l'aerospaziale, ecc. (cum'è ugelli di carburante per razzi, supporti per antenne satellitari, impianti umani, ecc.). Sta tecnulugia pò migliurà assai e prestazioni di cumbinazione di e parti stampate attraversu a fabricazione integrata di a struttura è di e prestazioni di u materiale. Attualmente, a tecnulugia di fabricazione additiva laser adotta generalmente un fasciu gaussianu focalizatu cù una distribuzione di energia à u centru altu è à u bordu bassu. Tuttavia, spessu genera gradienti termichi elevati in a fusione, purtendu à a successiva furmazione di pori è grani grossi. A tecnulugia di modellatura di u fasciu hè un novu metudu per risolve stu prublema, chì migliora l'efficienza è a qualità di stampa aghjustendu a distribuzione di l'energia di u fasciu laser.
In paragone cù a sottrazione tradiziunale è a fabricazione equivalente, a tecnulugia di fabricazione additiva metallica hà vantaghji cum'è un tempu di ciclu di fabricazione cortu, una alta precisione di trasfurmazione, un altu tassu di utilizzazione di i materiali è una bona prestazione generale di e parti. Dunque, a tecnulugia di fabricazione additiva metallica hè largamente aduprata in industrie cum'è l'aerospaziale, l'armi è l'equipaggiamenti, l'energia nucleare, i biofarmaceutici è l'automobile. Basata annantu à u principiu di l'impilamentu discretu, a fabricazione additiva metallica utilizza una fonte d'energia (cum'è laser, arcu o fasciu d'elettroni) per fonde a polvere o u filu, è poi li impila stratu per stratu per fabricà u cumpunente di destinazione. Sta tecnulugia hà vantaghji significativi in a pruduzzione di picculi lotti, strutture cumplesse o parti persunalizate. I materiali chì ùn ponu esse o sò difficiuli da trasfurmà cù tecniche tradiziunali sò ancu adatti per a preparazione cù metudi di fabricazione additiva. A causa di i vantaghji sopra menzionati, a tecnulugia di fabricazione additiva hà attiratu una larga attenzione da i studiosi sia naziunali sia internaziunali. In l'ultimi decennii, a tecnulugia di fabricazione additiva hà fattu rapidi progressi. A causa di l'automatizazione è a flessibilità di l'equipaggiamenti di fabricazione additiva laser, è ancu di i vantaghji cumpleti di l'alta densità di energia laser è di l'alta precisione di trasfurmazione, a tecnulugia di fabricazione additiva laser s'hè sviluppata a più rapida trà e trè tecnulugie di fabricazione additiva metallica citate sopra.
A tecnulugia di fabricazione additiva di metalli laser pò esse divisa in LPBF è DED. A Figura 1 mostra un diagramma schematicu tipicu di i prucessi LPBF è DED. U prucessu LPBF, cunnisciutu ancu cum'è Fusione Laser Selettiva (SLM), pò fabricà cumpunenti metallichi cumplessi scansionendu fasci laser à alta energia longu un percorsu fissu nantu à a superficia di un lettu di polvere. Dopu, a polvere si fonde è si solidifica stratu per stratu. U prucessu DED include principalmente dui prucessi di stampa: a deposizione per fusione laser è a fabricazione additiva cù alimentazione di filu laser. Tramindui queste tecnulugie ponu fabricà è riparà direttamente e parti metalliche alimentendu sincronamente polvere o filu metallicu. In paragone à LPBF, DED hà una produttività più alta è una zona di fabricazione più grande. Inoltre, questu metudu pò ancu preparà cunvenientemente materiali cumposti è materiali funzionalmente graduati. Tuttavia, a qualità di a superficia di e parti stampate da DED hè sempre scarsa, è hè necessaria una trasfurmazione successiva per migliurà a precisione dimensionale di u cumpunente di destinazione.
In u prucessu attuale di fabricazione additiva laser, u fasciu gaussianu focalizatu hè di solitu a fonte d'energia. Tuttavia, per via di a so distribuzione unica di l'energia (centru altu, bordu bassu), hè prubabile chì pruvuchi gradienti termichi elevati è instabilità di u bagnu fusu. Ciò risulta in una scarsa qualità di furmazione di e parti stampate. Inoltre, se a temperatura centrale di u bagnu fusu hè troppu alta, farà chì l'elementi metallichi à bassu puntu di fusione si vaporizeghjinu, aggravendu ulteriormente l'instabilità di u prucessu LBPF. Dunque, cù un aumentu di a porosità, e proprietà meccaniche è a durata di fatica di e parti stampate sò significativamente ridutte. A distribuzione irregulare di l'energia di i fasci gaussiani porta ancu à una bassa efficienza di utilizzazione di l'energia laser è à un eccessivu sprecu di energia. Per ottene una migliore qualità di stampa, i studiosi anu cuminciatu à esplorà a compensazione di i difetti di i fasci gaussiani mudificendu i parametri di u prucessu cum'è a putenza laser, a velocità di scansione, u spessore di u stratu di polvere è a strategia di scansione, per cuntrullà a pussibilità di input energeticu. A causa di a finestra di trasfurmazione assai stretta di stu metudu, e limitazioni fisiche fisse limitanu a pussibilità di ulteriore ottimizazione. Per esempiu, aumentà a putenza laser è a velocità di scansione pò 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 modellatura di u fasciu pò migliurà significativamente l'efficienza di fabricazione è a qualità di stampa, chì pò diventà a futura direzzione di sviluppu di a tecnulugia di fabricazione additiva laser. A tecnulugia di modellatura di u fasciu si riferisce generalmente à l'aghjustamentu di a distribuzione di u fronte d'onda di u fasciu d'entrata per ottene a distribuzione di l'intensità desiderata è e caratteristiche di propagazione. L'applicazione di a tecnulugia di modellatura di u fasciu in a tecnulugia di fabricazione additiva metallica hè mostrata in a Figura 2.
Applicazione di a tecnulugia di furmazione di fasci in a fabricazione additiva laser
I difetti di a stampa tradiziunale à fasciu gaussianu
In a tecnulugia di fabricazione additiva laser à metallu, a distribuzione di l'energia di u raghju laser hà un impattu significativu nantu à a qualità di e parti stampate. Ancu s'è i raghju gaussiani sò stati largamente aduprati in l'equipaggiu di fabricazione additiva laser à metallu, soffrenu di serii inconvenienti cum'è una qualità di stampa instabile, un bassu usu di l'energia è finestre di prucessu strette in u prucessu di fabricazione additiva. Frà questi, u prucessu di fusione di a polvere è a dinamica di u bagnu fusu durante u prucessu additivu laser à metallu sò strettamente ligati à u spessore di u stratu di polvere. A causa di a presenza di spruzzi di polvere è zone d'erosione, u spessore reale di u stratu di polvere hè più altu di l'aspettativa teorica. In segundu locu, a colonna di vapore hà causatu i principali spruzzi di gettu à l'indietro. U vapore metallicu si scontra cù a parete posteriore per furmà spruzzi, chì sò spruzzati longu a parete frontale perpendicolarmente à l'area concava di u bagnu fusu (cum'è mostratu in a Figura 3). A causa di l'interazione cumplessa trà u raghju laser è i spruzzi, i spruzzi espulsi ponu influenzà seriamente a qualità di stampa di i successivi strati di polvere. Inoltre, a furmazione di fori di serratura in u bagnu fusu influenza ancu seriamente a qualità di e parti stampate. I pori interni di u pezzu stampatu sò causati principalmente da fori di bloccaggio instabili.
U mecanismu di furmazione di difetti in a tecnulugia di furmazione di fasci
A tecnulugia di furmazione di fasci pò ottene un miglioramentu di e prestazioni in parechje dimensioni simultaneamente, ciò chì hè diversu da i fasci gaussiani chì migliuranu e prestazioni in una dimensione à u costu di sacrificà altre dimensioni. A tecnulugia di furmazione di fasci pò adattà accuratamente a distribuzione di a temperatura è e caratteristiche di flussu di u bagnu fusu. Cuntrullendu a distribuzione di l'energia laser, si ottiene un bagnu fusu relativamente stabile cù un picculu gradiente di temperatura. Una distribuzione adatta di l'energia laser hè benefica per supprime a porosità è i difetti di sputtering, è migliurà a qualità di a stampa laser nantu à e parti metalliche. Pò ottene diversi miglioramenti in l'efficienza di a produzzione è l'utilizzazione di a polvere. À u listessu tempu, a tecnulugia di furmazione di fasci ci furnisce più strategie di trasfurmazione, liberendu assai a libertà di cuncepimentu di u prucessu, chì hè un prugressu rivoluzionariu in a tecnulugia di fabricazione additiva laser.
Data di publicazione: 28 di ferraghju 2024
