मेटल लेसर ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये बीम शेपिंग तंत्रज्ञानाचा वापर

लेझर ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग (एएम) तंत्रज्ञान, उच्च उत्पादन अचूकता, मजबूत लवचिकता आणि उच्च प्रमाणात ऑटोमेशनच्या फायद्यांसह, ऑटोमोटिव्ह, वैद्यकीय, एरोस्पेस इ. (जसे की रॉकेट) सारख्या क्षेत्रातील प्रमुख घटकांच्या निर्मितीमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. इंधन नोजल, सॅटेलाइट अँटेना कंस, मानवी रोपण इ.). हे तंत्रज्ञान सामग्री संरचना आणि कार्यक्षमतेच्या एकात्मिक उत्पादनाद्वारे मुद्रित भागांच्या संयोजन कार्यक्षमतेत मोठ्या प्रमाणात सुधारणा करू शकते. सध्या, लेसर ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञान सामान्यतः उच्च केंद्र आणि कमी धार ऊर्जा वितरणासह केंद्रित गॉसियन बीमचा अवलंब करते. तथापि, ते अनेकदा वितळताना उच्च थर्मल ग्रेडियंट तयार करते, ज्यामुळे छिद्र आणि खरखरीत धान्य तयार होते. या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी बीम शेपिंग तंत्रज्ञान ही एक नवीन पद्धत आहे, जी लेसर बीम उर्जेचे वितरण समायोजित करून मुद्रण कार्यक्षमता आणि गुणवत्ता सुधारते.

पारंपारिक वजाबाकी आणि समतुल्य उत्पादनाच्या तुलनेत, मेटल ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानाचे फायदे आहेत जसे की कमी उत्पादन सायकल वेळ, उच्च प्रक्रिया अचूकता, उच्च सामग्री वापर दर आणि भागांची चांगली कामगिरी. म्हणून, एरोस्पेस, शस्त्रे आणि उपकरणे, अणुऊर्जा, बायोफार्मास्युटिकल्स आणि ऑटोमोबाईल्स यांसारख्या उद्योगांमध्ये मेटल ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानाचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. स्वतंत्र स्टॅकिंगच्या तत्त्वावर आधारित, मेटल ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग पावडर किंवा वायर वितळवण्यासाठी ऊर्जा स्रोत (जसे की लेसर, आर्क किंवा इलेक्ट्रॉन बीम) वापरते आणि नंतर लक्ष्य घटक तयार करण्यासाठी त्यांना स्तरांद्वारे स्टॅक करते. या तंत्रज्ञानाचे लहान बॅचेस, जटिल संरचना किंवा वैयक्तिक भाग तयार करण्यात महत्त्वपूर्ण फायदे आहेत. पारंपारिक तंत्रांचा वापर करून प्रक्रिया करणे कठीण नसलेले किंवा कठीण असलेले साहित्य देखील मिश्रित उत्पादन पद्धती वापरून तयार करण्यासाठी योग्य आहेत. वरील फायद्यांमुळे, ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानाने देशांतर्गत आणि आंतरराष्ट्रीय स्तरावर विद्वानांचे व्यापक लक्ष वेधून घेतले आहे. गेल्या काही दशकांमध्ये, ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानाने वेगाने प्रगती केली आहे. लेझर ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग उपकरणांच्या ऑटोमेशन आणि लवचिकतेमुळे, तसेच उच्च लेसर ऊर्जा घनता आणि उच्च प्रक्रिया अचूकतेचे सर्वसमावेशक फायदे, लेसर ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग टेक्नॉलॉजी वर नमूद केलेल्या तीन मेटल ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानामध्ये सर्वात वेगवान विकसित झाली आहे.

लेझर मेटल ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञान पुढे LPBF आणि DED मध्ये विभागले जाऊ शकते. आकृती 1 LPBF आणि DED प्रक्रियांचा एक विशिष्ट योजनाबद्ध आकृती दर्शविते. एलपीबीएफ प्रक्रिया, ज्याला सिलेक्टिव्ह लेझर मेल्टिंग (एसएलएम) म्हणूनही ओळखले जाते, ती पावडर बेडच्या पृष्ठभागावर एका निश्चित मार्गावर उच्च-ऊर्जा लेसर बीम स्कॅन करून जटिल धातूचे घटक तयार करू शकते. नंतर, पावडर वितळते आणि थर थर घट्ट करते. DED प्रक्रियेमध्ये प्रामुख्याने दोन मुद्रण प्रक्रियांचा समावेश होतो: लेझर मेल्टिंग डिपॉझिशन आणि लेसर वायर फीडिंग ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग. हे दोन्ही तंत्रज्ञान एकाचवेळी मेटल पावडर किंवा वायर देऊन धातूचे भाग तयार आणि दुरुस्त करू शकतात. LPBF च्या तुलनेत, DED मध्ये उच्च उत्पादकता आणि मोठे उत्पादन क्षेत्र आहे. याव्यतिरिक्त, ही पद्धत सोयीस्करपणे संमिश्र साहित्य आणि कार्यात्मक श्रेणीबद्ध सामग्री देखील तयार करू शकते. तथापि, DED द्वारे मुद्रित केलेल्या भागांची पृष्ठभागाची गुणवत्ता नेहमीच खराब असते आणि लक्ष्य घटकाची मितीय अचूकता सुधारण्यासाठी त्यानंतरच्या प्रक्रियेची आवश्यकता असते.

सध्याच्या लेसर ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेत, फोकस केलेला गॉसियन बीम हा सहसा उर्जा स्त्रोत असतो. तथापि, त्याच्या अद्वितीय ऊर्जा वितरणामुळे (उच्च मध्यभागी, कमी किनारा), यामुळे उच्च थर्मल ग्रेडियंट आणि वितळलेल्या पूलची अस्थिरता होण्याची शक्यता आहे. परिणामी मुद्रित भागांची गुणवत्ता खराब होते. याव्यतिरिक्त, वितळलेल्या तलावाचे केंद्र तापमान खूप जास्त असल्यास, यामुळे कमी हळुवार बिंदू असलेल्या धातूच्या घटकांचे वाफ होईल, ज्यामुळे LBPF प्रक्रियेची अस्थिरता आणखी वाढेल. म्हणून, सच्छिद्रतेच्या वाढीसह, यांत्रिक गुणधर्म आणि मुद्रित भागांचे थकवा आयुष्य लक्षणीयरीत्या कमी होते. गॉसियन बीमचे असमान ऊर्जा वितरण देखील कमी लेसर ऊर्जा वापर कार्यक्षमता आणि अत्यधिक ऊर्जा कचरा ठरतो. उत्तम मुद्रण गुणवत्ता प्राप्त करण्यासाठी, विद्वानांनी ऊर्जा इनपुटची शक्यता नियंत्रित करण्यासाठी, लेसर पॉवर, स्कॅनिंग गती, पावडर लेयरची जाडी आणि स्कॅनिंग स्ट्रॅटेजी यासारख्या प्रक्रियेच्या मापदंडांमध्ये बदल करून गॉसियन बीमच्या दोषांची भरपाई शोधण्यास सुरुवात केली आहे. या पद्धतीच्या अतिशय अरुंद प्रक्रिया विंडोमुळे, निश्चित भौतिक मर्यादा पुढील ऑप्टिमायझेशनची शक्यता मर्यादित करतात. उदाहरणार्थ, वाढती लेसर पॉवर आणि स्कॅनिंगची गती उच्च उत्पादन कार्यक्षमता प्राप्त करू शकते, परंतु अनेकदा मुद्रण गुणवत्तेचा त्याग करण्याच्या किंमतीवर येतो. अलिकडच्या वर्षांत, बीम आकार देण्याच्या रणनीतींद्वारे लेसर ऊर्जा वितरणात बदल केल्याने उत्पादन कार्यक्षमता आणि मुद्रण गुणवत्ता लक्षणीयरीत्या सुधारू शकते, जी लेझर ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानाची भविष्यातील विकासाची दिशा बनू शकते. बीम शेपिंग तंत्रज्ञान सामान्यत: इच्छित तीव्रतेचे वितरण आणि प्रसार वैशिष्ट्ये प्राप्त करण्यासाठी इनपुट बीमचे वेव्हफ्रंट वितरण समायोजित करणे होय. मेटल ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानामध्ये बीम शेपिंग तंत्रज्ञानाचा वापर आकृती 2 मध्ये दर्शविला आहे.

लेसर ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंगमध्ये बीम शेपिंग तंत्रज्ञानाचा वापर

पारंपारिक गॉसियन बीम प्रिंटिंगची कमतरता

मेटल लेसर ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानामध्ये, लेसर बीमच्या ऊर्जा वितरणाचा मुद्रित भागांच्या गुणवत्तेवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो. मेटल लेसर ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग उपकरणांमध्ये गॉसियन बीमचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जात असला तरी, ते ॲडिटिव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग प्रक्रियेत छपाईची अस्थिर गुणवत्ता, कमी ऊर्जा वापर आणि अरुंद प्रक्रिया खिडक्या यासारख्या गंभीर त्रुटींनी ग्रस्त आहेत. त्यापैकी, पावडरची वितळण्याची प्रक्रिया आणि मेटल लेसर ऍडिटीव्ह प्रक्रियेदरम्यान वितळलेल्या पूलची गतिशीलता पावडरच्या थराच्या जाडीशी जवळून संबंधित आहे. पावडर स्प्लॅशिंग आणि इरोशन झोनच्या उपस्थितीमुळे, पावडर लेयरची वास्तविक जाडी सैद्धांतिक अपेक्षेपेक्षा जास्त आहे. दुसरे म्हणजे, स्टीम कॉलममुळे मुख्य बॅकवर्ड जेट स्प्लॅश होते. धातूची वाफ मागील भिंतीशी टक्कर होऊन स्प्लॅश बनते, जे वितळलेल्या तलावाच्या अवतल क्षेत्रास (आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे) समोरच्या भिंतीवर लंबवत फवारले जाते. लेसर बीम आणि स्प्लॅश यांच्यातील जटिल परस्परसंवादामुळे, बाहेर पडलेले स्प्लॅश त्यानंतरच्या पावडर लेयरच्या मुद्रण गुणवत्तेवर गंभीरपणे परिणाम करू शकतात. याव्यतिरिक्त, वितळलेल्या पूलमध्ये कीहोलची निर्मिती देखील मुद्रित भागांच्या गुणवत्तेवर गंभीरपणे परिणाम करते. मुद्रित तुकड्याची अंतर्गत छिद्रे मुख्यतः अस्थिर लॉकिंग छिद्रांमुळे होतात.

बीम आकार देण्याच्या तंत्रज्ञानातील दोषांची निर्मिती यंत्रणा

बीम शेपिंग तंत्रज्ञान एकाच वेळी अनेक आयामांमध्ये कार्यप्रदर्शन सुधारणा साध्य करू शकते, जे गॉसियन बीमपेक्षा वेगळे आहे जे इतर परिमाणांचा त्याग करून एका परिमाणात कार्यप्रदर्शन सुधारतात. बीम शेपिंग तंत्रज्ञान वितळलेल्या पूलचे तापमान वितरण आणि प्रवाह वैशिष्ट्ये अचूकपणे समायोजित करू शकते. लेसर उर्जेचे वितरण नियंत्रित करून, लहान तापमान ग्रेडियंटसह तुलनेने स्थिर वितळलेला पूल प्राप्त होतो. सच्छिद्रता आणि थुंकणारे दोष दाबण्यासाठी आणि धातूच्या भागांवर लेसर प्रिंटिंगची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी योग्य लेसर ऊर्जा वितरण फायदेशीर आहे. हे उत्पादन कार्यक्षमता आणि पावडर वापरामध्ये विविध सुधारणा साध्य करू शकते. त्याच वेळी, बीम शेपिंग तंत्रज्ञान आम्हाला अधिक प्रक्रिया धोरणे प्रदान करते, प्रक्रिया डिझाइनचे स्वातंत्र्य मोठ्या प्रमाणात मुक्त करते, जी लेझर ॲडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग तंत्रज्ञानातील क्रांतिकारक प्रगती आहे.