Teknologi manufaktur aditif laser (AM), kanthi kaluwihan akurasi manufaktur sing dhuwur, fleksibilitas sing kuwat, lan otomatisasi tingkat dhuwur, akeh digunakake ing manufaktur komponen kunci ing bidang kayata otomotif, medis, aerospace, lan liya-liyane (kayata nozel bahan bakar roket, braket antena satelit, implan manungsa, lan liya-liyane). Teknologi iki bisa ningkatake kinerja kombinasi bagean sing dicithak kanthi manufaktur struktur lan kinerja material sing terintegrasi. Saiki, teknologi manufaktur aditif laser umume nggunakake sinar Gaussian sing fokus kanthi distribusi energi tengah sing dhuwur lan pinggiran sing endhek. Nanging, asring ngasilake gradien termal sing dhuwur ing leleh, sing nyebabake pembentukan pori-pori lan butiran kasar. Teknologi pembentukan sinar minangka metode anyar kanggo ngatasi masalah iki, sing ningkatake efisiensi lan kualitas pencetakan kanthi nyetel distribusi energi sinar laser.
Dibandhingake karo pengurangan tradisional lan manufaktur sing padha, teknologi manufaktur aditif logam nduweni kaluwihan kayata wektu siklus manufaktur sing cendhak, akurasi pangolahan sing dhuwur, tingkat pemanfaatan bahan sing dhuwur, lan kinerja sakabèhé bagean sing apik. Mulane, teknologi manufaktur aditif logam digunakake sacara wiyar ing industri kayata aerospace, senjata lan peralatan, tenaga nuklir, biofarmasi, lan mobil. Adhedhasar prinsip penumpukan diskrit, manufaktur aditif logam nggunakake sumber energi (kayata laser, busur, utawa sinar elektron) kanggo nglelehke bubuk utawa kawat, banjur numpuk lapisan demi lapisan kanggo nggawe komponen target. Teknologi iki nduweni kaluwihan sing signifikan ing ngasilake batch cilik, struktur kompleks, utawa bagean sing dipersonalisasi. Bahan sing ora bisa utawa angel diproses nggunakake teknik tradisional uga cocog kanggo persiapan nggunakake metode manufaktur aditif. Amarga kaluwihan ing ndhuwur, teknologi manufaktur aditif wis narik kawigaten sing akeh saka para sarjana ing domestik lan internasional. Ing sawetara dekade kepungkur, teknologi manufaktur aditif wis nggawe kemajuan sing cepet. Amarga otomatisasi lan fleksibilitas peralatan manufaktur aditif laser, uga kaluwihan lengkap saka kapadhetan energi laser sing dhuwur lan akurasi pangolahan sing dhuwur, teknologi manufaktur aditif laser wis berkembang paling cepet ing antarane telung teknologi manufaktur aditif logam sing kasebut ing ndhuwur.
Teknologi manufaktur aditif logam laser bisa dipérang manèh dadi LPBF lan DED. Gambar 1 nuduhaké diagram skematis khas proses LPBF lan DED. Proses LPBF, uga dikenal minangka Selective Laser Melting (SLM), bisa nggawé komponen logam kompleks kanthi mindhai sinar laser energi dhuwur ing sadawane jalur tetep ing permukaan amben bubuk. Banjur, bubuk kasebut leleh lan dadi padhet lapis demi lapis. Proses DED utamane kalebu rong proses pencetakan: deposisi peleburan laser lan manufaktur aditif sing dipangan nganggo kawat laser. Kaloro teknologi kasebut bisa langsung nggawé lan ndandani bagean logam kanthi nyedhiakake bubuk utawa kawat logam kanthi sinkron. Dibandhingake karo LPBF, DED duwé produktivitas sing luwih dhuwur lan area manufaktur sing luwih gedhé. Kajaba iku, metode iki uga bisa nyiyapake bahan komposit lan bahan sing dinilai kanthi fungsional kanthi trep. Nanging, kualitas permukaan bagean sing dicithak déning DED mesthi kurang apik, lan pangolahan sabanjuré dibutuhake kanggo nambah akurasi dimensi komponen target.
Ing proses manufaktur aditif laser saiki, sinar Gaussian sing fokus biasane dadi sumber energi. Nanging, amarga distribusi energi sing unik (tengah dhuwur, pinggiran cendhek), kemungkinan bakal nyebabake gradien termal sing dhuwur lan ketidakstabilan kolam leleh. Nyebabake kualitas pembentukan bagean sing dicithak kurang apik. Kajaba iku, yen suhu tengah kolam leleh dhuwur banget, bakal nyebabake unsur logam titik leleh sing endhek nguap, sing luwih nambah ketidakstabilan proses LBPF. Mulane, kanthi peningkatan porositas, sifat mekanik lan umur lelah bagean sing dicithak bakal suda sacara signifikan. Distribusi energi sinar Gaussian sing ora rata uga nyebabake efisiensi pemanfaatan energi laser sing kurang lan pemborosan energi sing berlebihan. Kanggo entuk kualitas cetak sing luwih apik, para sarjana wis miwiti njelajah kompensasi cacat sinar Gaussian kanthi ngowahi parameter proses kayata daya laser, kecepatan pemindaian, kekandelan lapisan bubuk, lan strategi pemindaian, kanggo ngontrol kemungkinan input energi. Amarga jendela pangolahan sing sempit banget saka metode iki, watesan fisik tetep mbatesi kemungkinan optimasi luwih lanjut. Umpamane, nambah daya laser lan kecepatan pemindaian bisa entuk efisiensi manufaktur sing dhuwur, nanging asring ana biaya kanggo ngorbanake kualitas cetak. Ing taun-taun pungkasan, ngganti distribusi energi laser liwat strategi mbentuk sinar bisa nambah efisiensi manufaktur lan kualitas cetak kanthi signifikan, sing bisa dadi arah pangembangan teknologi manufaktur aditif laser ing mangsa ngarep. Teknologi mbentuk sinar umume nuduhake nyetel distribusi gelombang saka sinar input kanggo entuk distribusi intensitas lan karakteristik propagasi sing dikarepake. Aplikasi teknologi mbentuk sinar ing teknologi manufaktur aditif logam dituduhake ing Gambar 2.
Aplikasi teknologi pembentukan sinar ing manufaktur aditif laser
Kekurangan saka pencetakan sinar Gaussian tradisional
Ing teknologi manufaktur aditif laser logam, distribusi energi sinar laser nduweni pengaruh sing signifikan marang kualitas bagean sing dicithak. Sanajan sinar Gaussian wis digunakake sacara wiyar ing peralatan manufaktur aditif laser logam, nanging sinar kasebut nduweni kekurangan sing serius kayata kualitas cetak sing ora stabil, panggunaan energi sing sithik, lan jendela proses sing sempit ing proses manufaktur aditif. Antarane, proses peleburan bubuk lan dinamika kolam cair sajrone proses aditif laser logam ana hubungane karo kekandelan lapisan bubuk. Amarga anane zona cipratan bubuk lan erosi, kekandelan lapisan bubuk sing nyata luwih dhuwur tinimbang pangarepan teoritis. Kapindho, kolom uap nyebabake cipratan jet mundur utama. Uap logam tabrakan karo tembok mburi kanggo mbentuk cipratan, sing disemprotake ing sadawane tembok ngarep tegak lurus karo area cekung kolam cair (kaya sing dituduhake ing Gambar 3). Amarga interaksi kompleks antarane sinar laser lan cipratan, cipratan sing metu bisa mengaruhi kualitas cetak lapisan bubuk sabanjure. Kajaba iku, pembentukan bolongan kunci ing kolam cair uga mengaruhi kualitas bagean sing dicithak. Pori-pori internal saka potongan sing dicithak utamane disebabake dening bolongan penguncian sing ora stabil.
Mekanisme pembentukan cacat ing teknologi pembentukan balok
Teknologi pembentukan sinar bisa ningkatake kinerja ing pirang-pirang dimensi kanthi bebarengan, sing beda karo sinar Gaussian sing ningkatake kinerja ing siji dimensi kanthi biaya ngorbanake dimensi liyane. Teknologi pembentukan sinar bisa nyetel distribusi suhu lan karakteristik aliran kolam leleh kanthi akurat. Kanthi ngontrol distribusi energi laser, kolam leleh sing relatif stabil kanthi gradien suhu cilik bisa dipikolehi. Distribusi energi laser sing cocog migunani kanggo nyuda porositas lan cacat sputtering, lan ningkatake kualitas pencetakan laser ing bagean logam. Iki bisa nggayuh macem-macem peningkatan efisiensi produksi lan pemanfaatan bubuk. Ing wektu sing padha, teknologi pembentukan sinar menehi kita luwih akeh strategi pangolahan, sing mbebasake kebebasan desain proses, sing minangka kemajuan revolusioner ing teknologi manufaktur aditif laser.
Wektu kiriman: 28 Februari 2024
