ليزر صافي تشكيله هندسيا

إن تشكيل المسحوق بالليزر ، المعروف أيضاً باسم الملكية (تشكيل الشبكات المهندسة بالليزر) هو عبارة عن تكنولوجيا تصنيع مضافة تم تطويرها لتصنيع الأجزاء المعدنية مباشرة من نموذج صلب مصمم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) باستخدام مسحوق معدني يتم حقنه في بركة منصهرة تم إنشاؤها بواسطة شعاع ليزر عالي التركيز ومركّز. هذه التقنية تعادل أيضًا العديد من التقنيات المسجلة كعلامات تجارية والتي تحمل علامات الترسيب المعدنية المباشرة (DMD) ، وتوحيد الليزر (LC). بالمقارنة مع العمليات التي تستخدم أسِرة المسحوق ، مثل الأجسام الانتقائية بالليزر (SLM) ، فإن الأجسام التي تم إنشاؤها باستخدام هذه التقنية يمكن أن تكون أكبر بشكل كبير ، حتى يصل طولها إلى عدة أقدام.

يعتبر Laser Engineered Net Shaping أو LENS نموذجًا أوليًا سريعًا للتكنولوجيا تم تطويره بواسطة مختبرات سانديا الوطنية التي تسمح بتصنيع مكونات المعدن مباشرة من نموذج CAD الذي يودع الأسلاك المعدنية أو المسحوق المعدني في ملاط ​​ناتج عن عمل ليزر شعاع ذو طاقة عالية على السطح العلوي للركيزة المعدنية المودعة سابقا على منصة.

عادة ما ينتقل شعاع الليزر عبر مركز الرأس ويتم توجيهه إلى نقطة صغيرة باستخدام عدسة واحدة أو أكثر. يقوم سطح XY بتحريك البت (الرسومات النقطية) لإنتاج كل طبقة من الكائن على حدة. يتحرك الرأس عموديا في كل مرة يتم فيها صنع طبقة واحدة. يفرز المسحوق المعدني ويتم توزيعه حول محيط الرأس عن طريق الجاذبية أو غاز الناقل تحت الضغط. يستخدم الغاز الخامل لحماية تجمع المذيب من الأكسجين الجوي ، للتحكم بشكل أفضل في الطبقات ، لأن السطح أكثر رطوبة.

يمكننا استخدام العديد من المواد المختلفة ، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ، inkonel والنحاس والألومنيوم ، الخ. مثيرة للاهتمام بشكل خاص المواد التفاعلية ، مثل التيتانيوم. يمكن أن يتغير تكوين المواد باستمرار وبشكل ديناميكي ، مما يؤدي إلى كائنات ذات خصائص متبادلة مع استخدام طرق التصنيع التقليدية.

وتتمثل ميزة هذه العملية في أنه يمكننا بواسطتها إنتاج قطع معدنية صلبة بالكامل مع خصائص معدنية جيدة وفي المستقبل المنظور. العناصر المصنعة لديها تصميم نهائي كامل تقريبا ، ومع ذلك ، فمن الضروري في نهاية عملية بالقطع. لديهم بنية جيدة التحبيب وخصائص مماثلة أو حتى أفضل من المواد الجوهرية. يعد تلبيد الليزر الانتقائي في الوقت الحالي العملية التجارية الوحيدة للنماذج الأولية السريعة ، والتي يمكن أن تنتج الأجزاء المعدنية مباشرة. لحام الليزر الانتقائي لديه قيود مادية أقل من تلبيد الليزر الانتقائي ولا يتطلب عمليات إطلاق ثانوية مثل بعض العمليات.

طريقة
يستخدم الليزر عالي القدرة في إذابة مسحوق المعادن الموردة محوريًا لتركيز شعاع الليزر من خلال رأس ترسيب. تتحرك شعاع الليزر عادة عبر مركز الرأس وتتركز على بقعة صغيرة بواسطة عدسات واحدة أو أكثر. يتم نقل الجدول XY بطريقة النقطية لتصنيع كل طبقة من الكائن. يتم تحريك الرأس عموديًا بعد اكتمال كل طبقة.

يتم تسليم مساحيق المعادن وتوزيعها حول محيط الرأس إما بالجاذبية ، أو باستخدام غاز ناقل مضغوط. وغالبًا ما يستخدم غاز الكفن الخامل لحماية تجمع الذوبان من الأكسجين الجوي لتحسين التحكم في الخواص ، ولتعزيز الالتصاق بالطبقة إلى الطبقة عن طريق توفير تبليل سطح أفضل.

مراحل العملية
يتم وضع ركيزة معدنية على منصة
شعاع ليزر عالي القدرة ، يركز بشكل مناسب من خلال نظام العدسة ، يضرب الركيزة ويذوب السطح ، ينتج ملاطًا منصهرًا
من خلال رأس ترسيب مع رسومات نقطية موضوعة بشكل محوري إلى شعاع الليزر ، يتم ترسيتها أسلاك معدنية أو مسحوق معدني في اللب لزيادة حجم
يقوم جدول تم نقله في مستوى XY برسم معالم القسم لكل طبقة
بمجرد أن يتم ترسيخ الطبقة ، يتحرك الجدول رأسياً إلى الأعلى وتبدأ الدورة مرة أخرى

يتم استخدام الغاز الخامل لحماية اللب من الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي ولتعزيز الالتصاق بين الطبقة والطبقة ، مما يسمح أيضًا بفحص خصائص المادة في عملية التصلب.

تقنيات أخرى
تشبه هذه العملية تقنيات التصنيع ثلاثية الأبعاد الأخرى في نهجها في أنها تشكل مكونًا صلبًا بطريقة إضافة طبقة. يمكن لعملية LENS أن تنتقل من مسحوق المعادن وأكسيد المعادن إلى الأجزاء المعدنية ، في كثير من الحالات دون أي عمليات ثانوية. يشبه LENS تلبيد الليزر الانتقائي ، ولكن يتم تطبيق المسحوق المعدني فقط عندما يتم إضافة المواد إلى الجزء في تلك اللحظة. يمكن أن تنتج أجزاء في مجموعة واسعة من السبائك ، بما في ذلك التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم وغيرها من المواد المتخصصة ؛ فضلا عن المواد المركبة ودرجة وظيفية. تتضمن التطبيقات الأساسية لتقنية LENS الإصلاح والإصلاح ، والنماذج الأولية السريعة ، والتصنيع السريع ، والتصنيع المحدود لأسواق الطيران والدفاع ، والأسواق الطبية. تُظهِر الدراسات المجهرية أن أجزاء LENS تكون كثيفة بالكامل دون أي تدهور مركب. الاختبارات الميكانيكية تكشف عن خصائص ميكانيكية غير ملفقة.

كما يمكن أن تجعل العملية “قريبة” من أجزاء الشكل الصافي عندما لا يكون من الممكن تقديم عنصر إلى المواصفات الدقيقة. في هذه الحالات ، يمكن استخدام عملية ما بعد الإنتاج مثل الآلات الخفيفة ، أو تشطيب الأسطح ، أو المعالجة الحرارية لتحقيق الامتثال النهائي.ويتم استخدامها كعمليات نهائية.

تطبيقات
من خلال LENS من الممكن الحصول على مجموعة واسعة من المكونات المعدنية ذات الكثافة الكاملة في النحاس والألمنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم مثل أجزاء الطائرات والطبية الاصطناعية والأدوات اللازمة للتشكيل بالحقن. ومن الأمور المثيرة للاهتمام أيضًا إمكانية تعديل تركيبة المادة ديناميكيًا ، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى إنتاج قطع ذات خصائص يمكن استخدامها بشكل متبادل باستخدام طرق التصنيع التقليدية.

المنتجات التي تم الحصول عليها من LENS هي “قريبة من الشكل الصافي” ، أي المنتجات شبه النهائية ، والتي لا تزال تتطلب بعد المعالجة.