LLNL ปรับปรุงประสิทธิภาพการพิมพ์โลหะ 3D

Anonim

LLNL ปรับปรุงประสิทธิภาพการพิมพ์โลหะ 3D

การพิมพ์ 3D

David Szondy

19 มิถุนายน 2014

2 ภาพ

นักวิจัยของ LLNL กำลังดำเนินการปรับปรุงการพิมพ์โลหะ 3D ด้วยเลเซอร์ที่ใช้พลังงานสูงกว่า

การแปลความหมายของซามูเอลสันจอห์นสันมีความหมายว่าการพิมพ์โลหะ 3D เป็นเหมือนสุนัขที่เดินบนขาหลังของเขา - ไม่ได้ทำดี แต่คุณรู้สึกประหลาดใจที่พบว่าทำได้เลย ตอนนี้การเผาแบบเลเซอร์หรือ Selective Laser Melting (SLM) ใช้สำหรับทุกอย่างตั้งแต่การพิมพ์ส่วนประกอบของเครื่องยนต์จรวดไปจนถึงปืนพกกึ่งอัตโนมัติเวลาที่สร้างความประหลาดใจอาจยาวนาน แต่เทคโนโลยีนี้ยังคงมีอยู่มากสำหรับการปรับปรุง นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมนักวิจัยที่ Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) กำลังทำงานเกี่ยวกับการจำลองเพื่อปรับปรุงความเร็วในการพิมพ์เลเซอร์ 3D และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายโดยใช้เลเซอร์ที่ใช้พลังงานสูงกว่า

SLM เป็นรูปแบบหนึ่งของการพิมพ์แบบเสริมซึ่งแทนที่การพ่นพลาสติกที่หลอมออกเช่นเค้กไอซิ่งวัตถุที่ถูกสร้างขึ้นทีละชั้นโดยใช้ผงโลหะที่หลอมละลายลงในสระด้วยเลเซอร์พลังงานสูง เมื่อแต่ละชั้นถูกหลอมรวมกันเป็นรูปร่างที่ต้องการเครื่องพิมพ์จะเพิ่มผงแป้งอีกชุดหนึ่งและกระบวนการนี้จะทำซ้ำจนกว่าการพิมพ์จะเสร็จสมบูรณ์ จากนั้นให้คุณลบผงส่วนเกินออกให้วัตถุที่พิมพ์แล้วและคุณทำเสร็จแล้ว

ปัญหาคือการพิมพ์แบบ 3D กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วจากความแปลกใหม่เป็นเทคนิคการผลิตแบบกระแสหลัก นั่นหมายความว่ากระบวนการเช่น SLM จำเป็นต้องปรับปรุงได้อย่างรวดเร็วในแง่ของการคาดการณ์คุณภาพและความเร็วของผลผลิต ในกรณีของ SLM คำถามสำคัญคือการหาโลหะให้ได้ใกล้เคียงกับความหนาแน่นเต็มที่ในช่วงเวลาสั้น ๆ เท่าที่จะเป็นไปได้

นี่คือที่ที่การศึกษาของ LLNL ได้มุ่งเน้นความพยายามของ ปัจจุบันการพิมพ์ด้วยเลเซอร์ทำงานได้ดีที่สุดเมื่อเลเซอร์อยู่ต่ำกว่า 225 วัตต์นักวิจัยอยากทราบว่าจะหาผลในแบบเดียวกันกับเลเซอร์ในช่วง 400 วัตต์ แต่นั่นหมายถึงการรับมือกับปัจจัยหลายอย่างเช่นพลังงานเลเซอร์, ความเร็วเลเซอร์, ระยะห่างระหว่างเส้นเลเซอร์สแกน, กลยุทธ์การสแกนและความหนาของชั้นแป้ง

เนื่องจาก SLM ทำงานโดยการละลายผงความพรุนจึงเป็นปัญหาสำคัญ ถ้าผงแป้งไม่ละลายอย่างถูกต้องโลหะในกรณีนี้เหล็กกล้าไร้สนิม 315 ลิตรจะมีรูพรุนและอ่อนแอลง สำหรับการใช้งานจำนวนมากวิศวกรต้องมีความพรุนน้อยกว่า 1 เปอร์เซ็นต์ แต่นั่นหมายถึงสมดุลของปัจจัยต่างๆ

เพื่อให้บรรลุความสมดุลนี้ LLNL กำลังพัฒนาเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ทำนายความสมดุลที่เหมาะสมของพารามิเตอร์ต่างๆเพื่อให้วิธีการพิมพ์ที่มีความหนาแน่นสูงและเร็วที่สุดและมีประสิทธิภาพมากที่สุด

"เราเอาแบบจำลองเอาท์พุทเพื่อระบุพารามิเตอร์ SLM ที่สำคัญและค่าของพวกเขาเพื่อให้สระว่ายน้ำละลายที่เกิดขึ้นได้ลึกพอที่จะละลายผ่านผงลงในพื้นผิวด้านล่าง " says Chandrika Kamath นักวิจัย LLNL "การใช้แบบจำลองเพื่อเป็นแนวทางในการทดลองเดี่ยว ๆ จำนวนเล็กน้อยเราสามารถบรรลุค่าพารามิเตอร์ที่จะทำให้เกิดส่วนที่มีความหนาแน่นสูงได้อย่างรวดเร็ว

"เราพบว่าความหนาแน่นของโลหะลดลงถ้าความเร็วต่ำเกินไปเนื่องจากช่องว่างที่สร้างขึ้นจากการหลอมเลเซอร์แบบแป้นพิมพ์ซึ่งเลเซอร์เจาะเข้าไปในวัสดุ " Kamath เพิ่ม "ในเวลาเดียวกันความเร็วสูงเกินไปส่งผลให้เกิดการหลอมละลายไม่เพียงพอกุญแจสำคัญก็คือการหาพารามิเตอร์ที่ถูกต้องซึ่งการละลายเป็นเพียงแค่

หนึ่งผลที่น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งคือทีมได้เรียนรู้ว่าการใช้พลังงานที่สูงขึ้นทำให้วัสดุมีความหนาแน่นสูงขึ้นอย่างสม่ำเสมอสำหรับผงโลหะชนิดต่างๆในขณะที่กำลังที่ต่ำกว่ามีช่วงพรุนมากขึ้น ตามที่ทีมงานการจำลองจะเป็นประโยชน์ในการทำความเข้าใจพารามิเตอร์กระบวนการและการรับรองคุณสมบัติของส่วนโลหะที่พิมพ์

ทีมได้รับการตีพิมพ์ใน วารสารนานาชาติของเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูง

ที่มา: ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Livermore

ถังถูกสร้างขึ้นโดยใช้ Selective Laser Melting (SLM)

นักวิจัยของ LLNL กำลังดำเนินการปรับปรุงการพิมพ์โลหะ 3D ด้วยเลเซอร์ที่ใช้พลังงานสูงกว่า