Teknologi pembuatan aditif laser (AM), dengan kelebihan ketepatan pembuatan yang tinggi, fleksibiliti yang kuat, dan tahap automasi yang tinggi, digunakan secara meluas dalam pembuatan komponen utama dalam bidang seperti automotif, perubatan, aeroangkasa, dll. (seperti roket muncung bahan api, kurungan antena satelit, implan manusia, dsb.). Teknologi ini boleh meningkatkan prestasi gabungan bahagian bercetak melalui pembuatan bersepadu struktur dan prestasi bahan. Pada masa ini, teknologi pembuatan aditif laser secara amnya menggunakan pancaran Gaussian terfokus dengan pengedaran tenaga pusat tinggi dan rendah. Walau bagaimanapun, ia sering menghasilkan kecerunan terma yang tinggi dalam leburan, yang membawa kepada pembentukan liang dan butiran kasar yang seterusnya. Teknologi membentuk rasuk ialah kaedah baharu untuk menyelesaikan masalah ini, yang meningkatkan kecekapan dan kualiti percetakan dengan melaraskan pengedaran tenaga sinar laser.
Berbanding dengan penolakan tradisional dan pembuatan setara, teknologi pembuatan aditif logam mempunyai kelebihan seperti masa kitaran pembuatan yang singkat, ketepatan pemprosesan yang tinggi, kadar penggunaan bahan yang tinggi, dan prestasi keseluruhan bahagian yang baik. Oleh itu, teknologi pembuatan aditif logam digunakan secara meluas dalam industri seperti aeroangkasa, senjata dan peralatan, kuasa nuklear, biofarmaseutikal, dan kereta. Berdasarkan prinsip tindanan diskret, pembuatan bahan tambahan logam menggunakan sumber tenaga (seperti laser, arka, atau pancaran elektron) untuk mencairkan serbuk atau wayar, dan kemudian menyusunnya selapis demi selapis untuk mengeluarkan komponen sasaran. Teknologi ini mempunyai kelebihan yang ketara dalam menghasilkan kelompok kecil, struktur kompleks atau bahagian yang diperibadikan. Bahan yang tidak boleh atau sukar diproses menggunakan teknik tradisional juga sesuai untuk penyediaan menggunakan kaedah pembuatan aditif. Disebabkan kelebihan di atas, teknologi pembuatan aditif telah menarik perhatian meluas daripada para sarjana di dalam dan di luar negara. Dalam beberapa dekad yang lalu, teknologi pembuatan aditif telah mencapai kemajuan pesat. Disebabkan oleh automasi dan fleksibiliti peralatan pembuatan aditif laser, serta kelebihan komprehensif ketumpatan tenaga laser yang tinggi dan ketepatan pemprosesan yang tinggi, teknologi pembuatan aditif laser telah membangunkan yang paling pantas antara tiga teknologi pembuatan aditif logam yang disebutkan di atas.
Teknologi pembuatan aditif logam laser boleh dibahagikan lagi kepada LPBF dan DED. Rajah 1 menunjukkan gambarajah skematik biasa bagi proses LPBF dan DED. Proses LPBF, juga dikenali sebagai Selective Laser Melting (SLM), boleh menghasilkan komponen logam kompleks dengan mengimbas pancaran laser bertenaga tinggi di sepanjang laluan tetap pada permukaan katil serbuk. Kemudian, serbuk itu cair dan memejal lapisan demi lapisan. Proses DED terutamanya merangkumi dua proses pencetakan: pemendapan lebur laser dan pembuatan aditif suapan wayar laser. Kedua-dua teknologi ini boleh secara langsung mengeluarkan dan membaiki bahagian logam dengan menyuap serbuk logam atau wayar secara serentak. Berbanding dengan LPBF, DED mempunyai produktiviti yang lebih tinggi dan kawasan pembuatan yang lebih besar. Di samping itu, kaedah ini juga boleh menyediakan bahan komposit dan bahan gred berfungsi dengan mudah. Walau bagaimanapun, kualiti permukaan bahagian yang dicetak oleh DED sentiasa lemah, dan pemprosesan seterusnya diperlukan untuk meningkatkan ketepatan dimensi komponen sasaran.
Dalam proses pembuatan aditif laser semasa, pancaran Gaussian yang difokuskan biasanya merupakan sumber tenaga. Walau bagaimanapun, disebabkan pengagihan tenaganya yang unik (pusat tinggi, tepi rendah), ia berkemungkinan menyebabkan kecerunan terma yang tinggi dan ketidakstabilan kolam cair. Mengakibatkan kualiti pembentukan bahagian bercetak yang lemah. Di samping itu, jika suhu pusat kolam lebur terlalu tinggi, ia akan menyebabkan unsur logam takat lebur yang rendah mengewap, seterusnya memburukkan lagi ketidakstabilan proses LBPF. Oleh itu, dengan peningkatan keliangan, sifat mekanikal dan hayat keletihan bahagian bercetak berkurangan dengan ketara. Pengagihan tenaga yang tidak sekata bagi rasuk Gaussian juga membawa kepada kecekapan penggunaan tenaga laser yang rendah dan sisa tenaga yang berlebihan. Untuk mencapai kualiti cetakan yang lebih baik, para sarjana telah mula menerokai pampasan bagi kecacatan rasuk Gaussian dengan mengubah suai parameter proses seperti kuasa laser, kelajuan pengimbasan, ketebalan lapisan serbuk, dan strategi pengimbasan, untuk mengawal kemungkinan input tenaga. Oleh kerana tetingkap pemprosesan yang sangat sempit bagi kaedah ini, had fizikal tetap mengehadkan kemungkinan pengoptimuman selanjutnya. Sebagai contoh, meningkatkan kuasa laser dan kelajuan pengimbasan boleh mencapai kecekapan pembuatan yang tinggi, tetapi selalunya melibatkan kos pengorbanan kualiti percetakan. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, mengubah pengedaran tenaga laser melalui strategi membentuk rasuk boleh meningkatkan kecekapan pembuatan dan kualiti percetakan dengan ketara, yang mungkin menjadi arah pembangunan masa depan teknologi pembuatan aditif laser. Teknologi membentuk rasuk secara amnya merujuk kepada melaraskan taburan muka gelombang rasuk input untuk mendapatkan ciri taburan intensiti dan perambatan yang dikehendaki. Aplikasi teknologi pembentukan rasuk dalam teknologi pembuatan aditif logam ditunjukkan dalam Rajah 2.
Aplikasi teknologi pembentukan rasuk dalam pembuatan aditif laser
Kelemahan percetakan rasuk Gaussian tradisional
Dalam teknologi pembuatan aditif laser logam, pengagihan tenaga pancaran laser mempunyai kesan yang ketara terhadap kualiti bahagian bercetak. Walaupun rasuk Gaussian telah digunakan secara meluas dalam peralatan pembuatan aditif laser logam, ia mengalami kelemahan yang serius seperti kualiti cetakan yang tidak stabil, penggunaan tenaga yang rendah dan tingkap proses yang sempit dalam proses pembuatan aditif. Antaranya, proses lebur serbuk dan dinamik kolam lebur semasa proses aditif laser logam berkait rapat dengan ketebalan lapisan serbuk. Disebabkan kehadiran zon percikan serbuk dan hakisan, ketebalan sebenar lapisan serbuk adalah lebih tinggi daripada jangkaan teori. Kedua, lajur stim menyebabkan percikan jet ke belakang utama. Wap logam berlanggar dengan dinding belakang untuk membentuk percikan, yang disembur sepanjang dinding hadapan berserenjang dengan kawasan cekung kolam lebur (seperti ditunjukkan dalam Rajah 3). Disebabkan oleh interaksi yang kompleks antara pancaran laser dan percikan, percikan yang dikeluarkan boleh menjejaskan kualiti pencetakan lapisan serbuk berikutnya dengan serius. Di samping itu, pembentukan lubang kunci di kolam cair juga menjejaskan kualiti bahagian yang dicetak. Liang dalaman bahagian yang dicetak terutamanya disebabkan oleh lubang penguncian yang tidak stabil.
Mekanisme pembentukan kecacatan dalam teknologi pembentukan rasuk
Teknologi membentuk rasuk boleh mencapai peningkatan prestasi dalam pelbagai dimensi secara serentak, yang berbeza daripada rasuk Gaussian yang meningkatkan prestasi dalam satu dimensi dengan kos mengorbankan dimensi lain. Teknologi pembentukan rasuk boleh melaraskan taburan suhu dan ciri aliran kolam cair dengan tepat. Dengan mengawal pengagihan tenaga laser, kolam lebur yang agak stabil dengan kecerunan suhu yang kecil diperolehi. Pengagihan tenaga laser yang sesuai adalah bermanfaat untuk menyekat keliangan dan kecacatan sputtering, dan meningkatkan kualiti percetakan laser pada bahagian logam. Ia boleh mencapai pelbagai peningkatan dalam kecekapan pengeluaran dan penggunaan serbuk. Pada masa yang sama, teknologi pembentukan rasuk memberikan kami lebih banyak strategi pemprosesan, membebaskan kebebasan reka bentuk proses, yang merupakan kemajuan revolusioner dalam teknologi pembuatan aditif laser.
Masa siaran: Feb-28-2024
