Үйлдвэрлэлийн өндөр нарийвчлал, хүчтэй уян хатан чанар, өндөр түвшний автоматжуулалт зэрэг давуу талтай лазер нэмэлтийн үйлдвэрлэл (AM) технологи нь автомашин, анагаах ухаан, сансар судлал гэх мэт салбарт (пуужин гэх мэт) үндсэн эд ангиудыг үйлдвэрлэхэд өргөн хэрэглэгддэг. түлшний хошуу, хиймэл дагуулын антенны хаалт, хүний суулгац гэх мэт). Энэхүү технологи нь материалын бүтэц, гүйцэтгэлийн нэгдсэн үйлдвэрлэлээр дамжуулан хэвлэсэн эд ангиудын хослолын гүйцэтгэлийг ихээхэн сайжруулж чадна. Одоогийн байдлаар лазер нэмэлт үйлдвэрлэх технологи нь ихэвчлэн төвлөрсөн төв, бага ирмэгийн эрчим хүчний хуваарилалт бүхий төвлөрсөн Гауссын цацрагийг ашигладаг. Гэсэн хэдий ч энэ нь ихэвчлэн хайлмал дахь өндөр дулааны градиент үүсгэдэг бөгөөд дараа нь нүх сүв, том ширхэгтэй ширхэгүүд үүсэхэд хүргэдэг. Цацраг хэлбэржүүлэх технологи нь лазер туяаны энергийн хуваарилалтыг тохируулах замаар хэвлэлийн үр ашиг, чанарыг сайжруулдаг энэхүү асуудлыг шийдвэрлэх шинэ арга юм.
Уламжлалт хасалт ба түүнтэй адилтгах үйлдвэрлэлтэй харьцуулахад металл нэмэлт үйлдвэрлэх технологи нь үйлдвэрлэлийн мөчлөгийн богино хугацаа, боловсруулалтын өндөр нарийвчлал, материалын ашиглалтын түвшин, эд ангиудын ерөнхий гүйцэтгэл зэрэг давуу талуудтай. Тиймээс металл нэмэлт үйлдвэрлэх технологийг сансар огторгуй, зэвсэг техник, цөмийн эрчим хүч, био эм, автомашин зэрэг салбарт өргөнөөр ашигладаг. Салангид овоолох зарчимд үндэслэн металл нэмэлт үйлдвэрлэл нь нунтаг эсвэл утсыг хайлуулахын тулд эрчим хүчний эх үүсвэрийг (лазер, нуман эсвэл электрон цацраг гэх мэт) ашигладаг бөгөөд дараа нь зорилтот бүрэлдэхүүн хэсгийг үйлдвэрлэхийн тулд тэдгээрийг давхаргаар давхарлан овоолон хийдэг. Энэ технологи нь жижиг багц, нарийн төвөгтэй бүтэц, эсвэл хувийн эд анги үйлдвэрлэхэд ихээхэн давуу талтай. Уламжлалт техникээр боловсруулах боломжгүй эсвэл боловсруулахад хэцүү материалыг нэмэлт үйлдвэрлэлийн аргаар бэлтгэхэд тохиромжтой. Дээр дурдсан давуу талуудын улмаас нэмэлтээр үйлдвэрлэх технологи нь дотоод болон олон улсын эрдэмтдийн анхаарлыг ихээхэн татаж байна. Сүүлийн хэдэн арван жилд нэмэлт үйлдвэрлэлийн технологи хурдацтай хөгжиж байна. Лазер нэмэлт үйлдвэрлэх тоног төхөөрөмжийн автоматжуулалт, уян хатан чанар, мөн лазерын эрчим хүчний өндөр нягтрал, боловсруулалтын өндөр нарийвчлал зэрэг давуу талуудаас шалтгаалан лазер нэмэлт үйлдвэрлэх технологи нь дээр дурдсан металл нэмэлт үйлдвэрлэх технологи дотроос хамгийн хурдан хөгжсөн.
Лазер металл нэмэлт үйлдвэрлэх технологийг LPBF ба DED гэж хувааж болно. Зураг 1-д LPBF болон DED процессуудын ердийн бүдүүвч диаграммыг үзүүлэв. Сонгомол лазер хайлуулах (SLM) гэгддэг LPBF процесс нь нунтаг давхаргын гадаргуу дээр тогтсон зам дагуу өндөр энерги бүхий лазер туяаг сканнердах замаар нарийн төвөгтэй металл эд ангиудыг үйлдвэрлэх боломжтой. Дараа нь нунтаг нь хайлж, үе давхаргад хатуурдаг. DED процесс нь голчлон хоёр хэвлэх процессыг багтаадаг: лазер хайлуулах хуримтлал ба лазер утас тэжээх нэмэлт үйлдвэрлэл. Эдгээр хоёр технологи нь метал нунтаг эсвэл утсыг синхроноор тэжээх замаар металл эд ангиудыг шууд үйлдвэрлэж, засах боломжтой. LPBF-тэй харьцуулахад DED нь өндөр бүтээмжтэй, илүү том үйлдвэрлэлийн талбайтай байдаг. Нэмж дурдахад энэ арга нь нийлмэл материал болон функциональ зэрэглэлийн материалыг хялбархан бэлтгэх боломжтой. Гэсэн хэдий ч DED-ээр хэвлэсэн эд ангиудын гадаргуугийн чанар үргэлж муу байдаг тул зорилтот бүрэлдэхүүн хэсгийн хэмжээсийн нарийвчлалыг сайжруулахын тулд дараагийн боловсруулалт хийх шаардлагатай байдаг.
Одоогийн лазерын нэмэлт үйлдвэрлэлийн процесст төвлөрсөн Гауссын туяа нь ихэвчлэн эрчим хүчний эх үүсвэр болдог. Гэсэн хэдий ч эрчим хүчний өвөрмөц хуваарилалт (өндөр төв, доод ирмэг) учраас энэ нь өндөр дулааны градиент, хайлмал усан сангийн тогтворгүй байдлыг үүсгэх магадлалтай. Үүний үр дүнд хэвлэмэл эд ангиудын чанар муу байна. Түүнчлэн, хайлсан усан сангийн төвийн температур хэт өндөр байвал хайлах температур багатай металлын элементүүд ууршиж, LBPF үйл явцын тогтворгүй байдлыг улам бүр дордуулна. Тиймээс сүвэрхэг чанар нэмэгдэхийн хэрээр хэвлэсэн эд ангиудын механик шинж чанар, ядрах хугацаа мэдэгдэхүйц буурдаг. Гауссын цацрагийн эрчим хүчний жигд бус хуваарилалт нь лазерын эрчим хүчний ашиглалтын үр ашиг бага, хэт их энерги зарцуулалтад хүргэдэг. Хэвлэх чанарыг сайжруулахын тулд эрдэмтэд эрчим хүчний оролтын боломжийг хянахын тулд лазерын хүч, сканнердах хурд, нунтаг давхаргын зузаан, сканнерын стратеги зэрэг процессын параметрүүдийг өөрчлөх замаар Гауссын цацрагийн согогийг нөхөх талаар судалж эхэлсэн. Энэ аргын маш нарийн боловсруулалтын цонхтой тул физикийн тогтмол хязгаарлалт нь цаашдын оновчтой болгох боломжийг хязгаарладаг. Жишээлбэл, лазерын хүч болон сканнердах хурдыг нэмэгдүүлэх нь үйлдвэрлэлийн өндөр үр ашигт хүрэх боломжтой боловч ихэвчлэн хэвлэх чанарыг золиослох зардал гардаг. Сүүлийн жилүүдэд туяа хэлбэржүүлэх стратегиар лазерын энергийн хуваарилалтыг өөрчлөх нь үйлдвэрлэлийн үр ашиг, хэвлэх чанарыг эрс сайжруулж, лазер нэмэлт үйлдвэрлэх технологийн ирээдүйн хөгжлийн чиглэл болж магадгүй юм. Цацрагийн хэлбэр дүрслэх технологи нь ерөнхийдөө оролтын цацрагийн долгионы фронтын тархалтыг тохируулах, хүссэн эрчмийн тархалт ба тархалтын шинж чанарыг олж авахыг хэлнэ. Металл нэмэлт үйлдвэрлэх технологид цацраг хэлбэржүүлэх технологийн хэрэглээг Зураг 2-т үзүүлэв.
Лазер нэмэлтийн үйлдвэрлэлд цацраг хэлбэржүүлэх технологийг ашиглах
Уламжлалт Гауссын цацрагийн хэвлэлтийн дутагдал
Металл лазерын нэмэлт үйлдвэрлэх технологид лазер туяаны энергийн хуваарилалт нь хэвлэсэн эд ангиудын чанарт ихээхэн нөлөөлдөг. Гауссын туяа нь метал лазер нэмэлт үйлдвэрлэх тоног төхөөрөмжид өргөн хэрэглэгдэж байсан ч хэвлэх чанар тогтворгүй, эрчим хүч бага зарцуулдаг, нэмэлт үйлдвэрлэлийн процессын нарийхан цонх зэрэг ноцтой дутагдалтай байдаг. Тэдгээрийн дотроос нунтаг хайлах үйл явц, металл лазерын нэмэлтийн явцад хайлсан усан сангийн динамик нь нунтаг давхаргын зузаантай нягт холбоотой байдаг. Нунтаг цацрах, элэгдлийн бүсүүд байгаа тул нунтаг давхаргын бодит зузаан нь онолын хүлээлтээс өндөр байна. Хоёрдугаарт, уурын багана нь гол урвуу тийрэлтэт цацалтыг үүсгэсэн. Металл уур нь арын ханатай мөргөлдөж, ус цацрах ба энэ нь хайлсан усан сангийн хонхор хэсэгт перпендикуляр урд ханын дагуу цацагдана (Зураг 3-т үзүүлэв). Лазер туяа ба цацралтын хоорондох нарийн төвөгтэй харилцан үйлчлэлийн улмаас цацагдсан цацралт нь дараагийн нунтаг давхаргын хэвлэх чанарт ноцтой нөлөөлдөг. Үүнээс гадна хайлсан цөөрөмд цоорхой үүсэх нь хэвлэсэн эд ангиудын чанарт ноцтой нөлөөлдөг. Хэвлэсэн хэсгийн дотоод нүх нь тогтворгүй цоорхойтой холбоотой байдаг.
Цацраг хэлбэржүүлэх технологийн согог үүсэх механизм
Цацрагийн хэлбэр дүрслэх технологи нь нэгэн зэрэг олон хэмжээст гүйцэтгэлийг сайжруулах боломжтой бөгөөд энэ нь бусад хэмжигдэхүүнийг золиослох зардлаар нэг хэмжээст гүйцэтгэлийг сайжруулдаг Гауссын туяанаас ялгаатай юм. Цацраг хэлбэржүүлэх технологи нь хайлмал усан сангийн температурын хуваарилалт, урсгалын шинж чанарыг нарийн тохируулах боломжтой. Лазерын энергийн тархалтыг хянах замаар бага температурын градиент бүхий харьцангуй тогтвортой хайлсан усан санг олж авдаг. Лазерын энергийг зөв хуваарилах нь нүхжилт, шүрших гэмтлийг дарах, металл эд анги дээр лазер хэвлэх чанарыг сайжруулахад тустай. Энэ нь үйлдвэрлэлийн үр ашиг, нунтаг ашиглалтын янз бүрийн сайжруулалтад хүрч чадна. Үүний зэрэгцээ цацраг хэлбэржүүлэх технологи нь бидэнд илүү олон боловсруулалтын стратеги өгч, процессын дизайны эрх чөлөөг ихээхэн чөлөөлдөг бөгөөд энэ нь лазер нэмэлт үйлдвэрлэх технологийн хувьсгалт дэвшил юм.
Шуудангийн цаг: 2024 оны 2-р сарын 28
