LA MODELLATURA FLESSIBILE DEL RAGGIO LASER AUMENTA NOTEVOLMENTE LA QUALITÀ E LA PRODUZIONE NELLA FUSIONE LASER A LETTO DI POLVERE NELLA PRODUZIONE ADDITIVA
Un laser a fibra programmabile con funzione single e ring mode commutabile più veloce di millisecondi in combinazione con un’unità di deflessione ottica con asse dello zoom di RAYLASE sta attualmente rivoluzionando il settore AM. Come mostrano gli studi al TUM di Monaco, i due prodotti risolvono molti problemi noti – mancanza di omogeneità del pool di fusione, velocità di produzione ridotta – nella fusione laser a letto di polvere (LPBF) nella stampa 3D. Con l’accesso altamente dinamico a sette diverse qualità del raggio e un controllo preciso del raggio, l’interazione dei due migliora la qualità e la produttività nei processi di produzione additiva con i metalli basati su laser e letto di polvere molte volte.
Il ritmo dell’innovazione nella produzione additiva sta accelerando sempre di più. L’uso della più recente tecnologia laser ha contribuito a questo per anni. In qualità di corridore veloce nel gioco di produzione, il laser in modalità ad anello si è fatto un nome quando si tratta di saldatura. Per il processo “LPBF – Laser Powder Bed Fusion” nella stampa 3D, tuttavia, è necessario altro. Qui, un nuovo laser con una funzione single e ring mode commutabile in modo flessibile offre diverse qualità del raggio, da fine a largo. Recentemente è stato affiancato da un nuovo attore nel campo della lavorazione laser dei materiali nella produzione additiva. La collaborazione tra i due è così unica e promettente che i risultati assomigliano a una sensazione minore per il settore AM.
Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy, esperta e professoressa di produzione additiva basata su laser, la speciale combinazione di laser a fibra AFX-1000 di nLIGHT con unità di deflessione ottica AM MODULE NEXT GEN di RAYLASE presso l’Università Tecnica di Monaco (TUM), Professorship per Additivo a base di laser Produzione (LBAM). Il focus delle loro indagini è l’influenza del profilo del fascio sulla formazione della microstruttura. “Tagliamo i pezzi prodotti in questo modo e osserviamo la struttura del grano nelle micrografie al microscopio”, afferma Wudy. “A causa delle modificate geometrie delle piste di fusione quando si utilizzano profili di trave alternativi, si verifica un cambiamento del bilancio termico. Le prime immagini microscopiche mostrano sia diverse granulometrie che diverse trame dei grani. Tuttavia, la granulometria e la consistenza sono essenziali per il comportamento dei componenti, come la loro resistenza alla trazione o l’allungamento a rottura. “Se ora possiamo controllare con precisione la crescita del grano attraverso la selezione mirata dei parametri di processo e dei profili di pallinatura, le proprietà dei componenti risultanti possono essere regolate e, ad esempio, è possibile produrre aree dei componenti particolarmente resistenti o duttili senza ulteriore post-trattamento. Le proprietà possono anche essere variate all’interno di un componente utilizzando strategie di esposizione intelligenti”, spiega il professor Wudy, spiegando i grandi vantaggi della modellatura del raggio laser utilizzando un laser a fibra e un’unità di deflessione. le proprietà dei componenti risultanti possono essere regolate e, ad esempio, è possibile produrre aree dei componenti particolarmente resistenti o duttili senza ulteriore post-trattamento. Le proprietà possono anche essere variate all’interno di un componente utilizzando strategie di esposizione intelligenti”, spiega il professor Wudy, spiegando i grandi vantaggi della modellatura del raggio laser utilizzando un laser a fibra e un’unità di deflessione. le proprietà dei componenti risultanti possono essere regolate e, ad esempio, è possibile produrre aree dei componenti particolarmente resistenti o duttili senza ulteriore post-trattamento. Le proprietà possono anche essere variate all’interno di un componente utilizzando strategie di esposizione intelligenti”, spiega il professor Wudy, spiegando i grandi vantaggi della modellatura del raggio laser utilizzando un laser a fibra e un’unità di deflessione.
“TUM, Optoprim, il distributore tedesco di laser nLIGHT e RAYLASE hanno unito le forze per risolvere i limiti critici del processo nelle applicazioni Laser LPBF come la mancanza di omogeneità del melt pool e la ridotta velocità di produzione”, sottolinea Wolfgang Lehmann, Product Manager di RAYLASE. della cooperazione straordinaria. Nei metodi AM convenzionali con solo un laser monomodale, si verificano numerosi difetti, come la formazione di buchi di serratura a causa del surriscaldamento, la profondità insufficiente della pista di fusione, la zona priva di polvere attorno al bagno di fusione solidificato (zona di denudazione della polvere) o sfere in la piscina di fusione. Questi problemi sono un ricordo del passato con i prodotti combinati, costituiti dal laser a fibra programmabile AFX-1000 di nLIGHT e dall’unità di deflessione AM MODULE NEXT GEN con asse zoom di RAYLASE.
È importante sapere: con il laser a fibra AFX-1000, la distribuzione dell’intensità delle sorgenti del raggio laser, costituita da un raggio centrale monomodale e un raggio ad anello, può essere commutata da un tipico profilo gaussiano a sei diverse forme ad anello profili in un attimo. Le diverse potenze dei due raggi laser sovrapposti generano un apporto energetico omogeneo estremamente attraente evitando schizzi e crepe da calore. Questo è di fondamentale importanza per il cosiddetto “tratteggio”, l’attraversamento a forma di meandro delle geometrie da esporre nella produzione additiva. Perché qui si tratta di costruire alcuni quadrati come scacchiere dalla superficie. Più ampia è la traccia del raggio laser, più velocemente può essere riempita e più veloce sarà il processo di produzione dei componenti. I bordi del pezzo devono essere il più puliti possibile e possono essere rilavorati molto bene con il sottile raggio monomodale della fibra centrale del laser. L’uso variabile della modalità singola e ad anello aumenta già la produttività di un fattore di circa 2,8. Insieme, però, sono imbattibili. Con lo zoom del MODULO AM, la pista di fusione aumenta in larghezza di un fattore 5,5. Insieme, però, sono imbattibili. Con lo zoom del MODULO AM, la pista di fusione aumenta in larghezza di un fattore 5,5. Insieme, però, sono imbattibili. Con lo zoom del MODULO AM, la pista di fusione aumenta in larghezza di un fattore 5,5.
Le varianti sono tante! Se il laser a fibra programmabile ha già molto da offrire, le possibilità sono raddoppiate in combinazione con l’ottica zoom dell’unità di deflessione. Wolfgang Lehmann: “Possiamo posizionare le tracce laser con un livello di precisione molto elevato fino a < 5 µm, a seconda delle dimensioni del campo di processo. Una larghezza significativa dei percorsi di fusione dipende molto dalla dimensione del grano delle particelle di polvere. Questo è solitamente compreso tra 15 μm e 100 μm. Di conseguenza, la dimensione dello spot deve essere regolata. Con l’AM-MODULE NEXT GEN, il diametro dello spot può essere regolato all’infinito durante il processo e quindi raddoppiato in modo altamente dinamico.” Con i suoi specchi di deflessione altamente dinamici, l’unità di deflessione può anche spostare molto rapidamente angoli acuti. Per il “processo di tratteggio”, l’unità di deflessione offre un collimatore di fibre integrato, un sofisticato “sistema di assi dello zoom” per la regolazione dinamica della dimensione dello spot, nonché molteplici opzioni di monitoraggio del processo per monitorare la qualità. In questo modo, in ogni punto del campo di processo sono garantite dimensioni spot e densità di potenza costanti.
I due prodotti innovativi non solo aumentano significativamente la catena del valore aggiunto AM nella fusione laser dei metalli, ma spostano anche i limiti precedentemente fissati nella produzione in serie. Dopotutto, l’obiettivo della produzione additiva è organizzare il processo di costruzione dei componenti in modo efficiente in termini di tempo e di alta qualità.
