Yüksək istehsal dəqiqliyi, güclü elastiklik və yüksək dərəcədə avtomatlaşdırma üstünlüklərinə malik lazer qatqısı istehsalı (AM) texnologiyası avtomobil, tibb, aerokosmik və s. kimi sahələrdə əsas komponentlərin (məsələn, raket yanacağı burunları, peyk antennası mötərizələri, insan implantları və s.) istehsalında geniş istifadə olunur. Bu texnologiya material strukturu və performansının inteqrasiya olunmuş istehsalı yolu ilə çap olunmuş hissələrin kombinasiya performansını xeyli yaxşılaşdıra bilər. Hazırda lazer qatqısı istehsal texnologiyası ümumiyyətlə yüksək mərkəz və aşağı kənar enerji paylanmasına malik fokuslanmış Qaus şüasını qəbul edir. Lakin, tez-tez ərimədə yüksək istilik qradiyentləri yaradır və bu da sonradan məsamələrin və iri dənəciklərin əmələ gəlməsinə səbəb olur. Şüa formalaşdırma texnologiyası lazer şüası enerjisinin paylanmasını tənzimləməklə çap səmərəliliyini və keyfiyyətini artıran bu problemi həll etmək üçün yeni bir üsuldur.
Ənənəvi çıxma və ekvivalent istehsalla müqayisədə metal əlavə istehsal texnologiyası qısa istehsal dövrü müddəti, yüksək emal dəqiqliyi, yüksək material istifadəsi dərəcəsi və hissələrin yaxşı ümumi performansı kimi üstünlüklərə malikdir. Buna görə də, metal əlavə istehsal texnologiyası aerokosmik, silah və avadanlıq, nüvə enerjisi, biofarmasevtika və avtomobillər kimi sahələrdə geniş istifadə olunur. Diskret yığma prinsipinə əsaslanan metal əlavə istehsalı toz və ya teli əritmək üçün enerji mənbəyindən (məsələn, lazer, qövs və ya elektron şüası) istifadə edir və sonra hədəf komponenti istehsal etmək üçün onları təbəqə-təbəqə yığır. Bu texnologiya kiçik partiyalar, mürəkkəb strukturlar və ya fərdiləşdirilmiş hissələrin istehsalında əhəmiyyətli üstünlüklərə malikdir. Ənənəvi üsullarla emal edilə bilməyən və ya çətin olan materiallar da əlavə istehsal üsullarından istifadə etməklə hazırlanmaq üçün uyğundur. Yuxarıda göstərilən üstünlüklərə görə, əlavə istehsal texnologiyası həm yerli, həm də beynəlxalq səviyyədə alimlərin geniş diqqətini cəlb etmişdir. Son bir neçə onillikdə əlavə istehsal texnologiyası sürətlə irəliləyiş əldə etmişdir. Lazer əlavə istehsal avadanlıqlarının avtomatlaşdırılması və çevikliyi, eləcə də yüksək lazer enerji sıxlığı və yüksək emal dəqiqliyinin hərtərəfli üstünlükləri sayəsində lazer əlavə istehsal texnologiyası yuxarıda qeyd olunan üç metal əlavə istehsal texnologiyası arasında ən sürətli inkişaf etmişdir.
Lazer metal qatqı istehsal texnologiyası daha sonra LPBF və DED-ə bölünə bilər. Şəkil 1-də LPBF və DED proseslərinin tipik sxematik diaqramı göstərilir. Seçmə Lazer Əritməsi (SLM) kimi də tanınan LPBF prosesi, toz yatağının səthində sabit bir yol boyunca yüksək enerjili lazer şüalarını skan etməklə mürəkkəb metal komponentləri istehsal edə bilər. Daha sonra toz əriyir və təbəqə-təbəqə bərkiyir. DED prosesi əsasən iki çap prosesini əhatə edir: lazer əritmə çöküntüsü və lazer məftili qidalandırıcı qatqı istehsalı. Bu texnologiyaların hər ikisi metal tozunu və ya məftili sinxron qidalandıraraq metal hissələri birbaşa istehsal edə və təmir edə bilər. LPBF ilə müqayisədə DED daha yüksək məhsuldarlığa və daha böyük istehsal sahəsinə malikdir. Bundan əlavə, bu üsul kompozit materialları və funksional olaraq dərəcələnmiş materialları da rahatlıqla hazırlaya bilər. Lakin, DED tərəfindən çap edilən hissələrin səth keyfiyyəti həmişə zəifdir və hədəf komponentin ölçülü dəqiqliyini artırmaq üçün sonrakı emal tələb olunur.
Hazırkı lazer əlavəsi istehsal prosesində fokuslanmış Qaus şüası adətən enerji mənbəyidir. Lakin, özünəməxsus enerji paylanması (yüksək mərkəz, aşağı kənar) səbəbindən yüksək istilik qradiyentlərinə və ərimə hovuzunun qeyri-sabitliyinə səbəb ola bilər. Bu, çap olunmuş hissələrin aşağı forma keyfiyyətinə səbəb olur. Bundan əlavə, əridilmiş hovuzun mərkəz temperaturu çox yüksək olarsa, aşağı ərimə nöqtəli metal elementlərinin buxarlanmasına səbəb olacaq və bu da LBPF prosesinin qeyri-sabitliyini daha da artıracaq. Buna görə də, məsaməliliyin artması ilə çap olunmuş hissələrin mexaniki xüsusiyyətləri və yorğunluq ömrü əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Qaus şüalarının qeyri-bərabər enerji paylanması da aşağı lazer enerjisindən istifadə səmərəliliyinə və həddindən artıq enerji israfına səbəb olur. Daha yaxşı çap keyfiyyətinə nail olmaq üçün alimlər enerji girişi ehtimalını idarə etmək üçün lazer gücü, skanlama sürəti, toz təbəqəsinin qalınlığı və skanlama strategiyası kimi proses parametrlərini dəyişdirməklə Qaus şüalarının qüsurlarını kompensasiya etməyi araşdırmağa başlayıblar. Bu metodun çox dar emal pəncərəsi səbəbindən sabit fiziki məhdudiyyətlər daha da optimallaşdırma ehtimalını məhdudlaşdırır. Məsələn, lazer gücünün və skanlama sürətinin artırılması yüksək istehsal səmərəliliyinə nail ola bilər, lakin çox vaxt çap keyfiyyətindən imtina etmək bahasına başa gəlir. Son illərdə şüa formalaşdırma strategiyaları vasitəsilə lazer enerjisinin paylanmasının dəyişdirilməsi istehsal səmərəliliyini və çap keyfiyyətini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıra bilər ki, bu da lazer əlavə istehsal texnologiyasının gələcək inkişaf istiqaməti ola bilər. Şüa formalaşdırma texnologiyası ümumiyyətlə istənilən intensivlik paylanması və yayılma xüsusiyyətlərini əldə etmək üçün giriş şüasının dalğa cəbhəsi paylanmasını tənzimləməyə aiddir. Metal əlavə istehsal texnologiyasında şüa formalaşdırma texnologiyasının tətbiqi Şəkil 2-də göstərilmişdir.
Lazer əlavə istehsalında şüa formalaşdırma texnologiyasının tətbiqi
Ənənəvi Gauss şüa çapının çatışmazlıqları
Metal lazer əlavə istehsal texnologiyasında lazer şüasının enerji paylanması çap olunmuş hissələrin keyfiyyətinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. Qaus şüaları metal lazer əlavə istehsal avadanlıqlarında geniş istifadə olunsa da, əlavə istehsal prosesində qeyri-sabit çap keyfiyyəti, aşağı enerji istifadəsi və dar proses pəncərələri kimi ciddi çatışmazlıqlardan əziyyət çəkir. Bunların arasında tozun ərimə prosesi və metal lazer əlavə prosesi zamanı əridilmiş hovuzun dinamikası toz təbəqəsinin qalınlığı ilə sıx bağlıdır. Toz sıçrama və eroziya zonalarının olması səbəbindən toz təbəqəsinin faktiki qalınlığı nəzəri gözləntidən yüksəkdir. İkincisi, buxar sütunu əsas geriyə doğru reaktiv sıçramalara səbəb olmuşdur. Metal buxarı arxa divarla toqquşaraq sıçramalar əmələ gətirir və bu sıçramalar əridilmiş hovuzun içbükey sahəsinə perpendikulyar ön divar boyunca püskürür (Şəkil 3-də göstərildiyi kimi). Lazer şüası ilə sıçramalar arasındakı mürəkkəb qarşılıqlı təsir səbəbindən atılan sıçramalar sonrakı toz təbəqələrinin çap keyfiyyətinə ciddi təsir göstərə bilər. Bundan əlavə, əridilmiş hovuzda açar dəliklərinin əmələ gəlməsi də çap olunmuş hissələrin keyfiyyətinə ciddi təsir göstərir. Çap olunmuş parçanın daxili məsamələri əsasən qeyri-sabit kilidləmə dəliklərindən qaynaqlanır.
Şüa formalaşdırma texnologiyasında qüsurların əmələ gəlmə mexanizmi
Şüa formalaşdırma texnologiyası eyni anda birdən çox ölçüdə performansın yaxşılaşdırılmasına nail ola bilər ki, bu da digər ölçülərdən imtina etmək bahasına bir ölçüdə performansı artıran Qaus şüalarından fərqlidir. Şüa formalaşdırma texnologiyası ərimə hovuzunun temperatur paylanmasını və axın xüsusiyyətlərini dəqiq tənzimləyə bilər. Lazer enerjisinin paylanmasını idarə etməklə, kiçik bir temperatur qradiyentinə malik nisbətən sabit ərimiş hovuz əldə edilir. Lazer enerjisinin müvafiq paylanması məsaməliliyi və püskürmə qüsurlarını aradan qaldırmaq və metal hissələrdə lazer çapının keyfiyyətini artırmaq üçün faydalıdır. İstehsal səmərəliliyində və toz istifadəsində müxtəlif irəliləyişlərə nail ola bilər. Eyni zamanda, şüa formalaşdırma texnologiyası bizə daha çox emal strategiyası təqdim edir və lazer əlavəli istehsal texnologiyasında inqilabi bir irəliləyiş olan proses dizaynının azadlığını xeyli azad edir.
Yayımlanma vaxtı: 28 Fevral 2024
