Infrapunakamera optimoi Laser Powder Bed Fusion 3D -tulostuksen

Tutustu lasersulatusmetallijauheiden eduihin: 3D Tulosta metallien suosio on tulossa yhä suositummaksi. Erityisesti jauhepetipohjainen lasersäteen sulatus tai Laserjauhekerrosfuusio (LPBF) mahdollistaa herkät ja erittäin monimutkaiset rakenteet ja avaa aina uusia sovelluksia. Prosessin laatu riippuu suuresti oikeista lämpötiloista. Tämän mittaamiseen tutkijat käyttävät Fraunhofer ILT Eine Lämpökameran of Optris.

Pitoisuus

• Lasersulatus kerros kerrokselta
  • LPBF – menettely
  • Uraauurtavat toteutettavuustutkimukset
  • Tärkeä mittaus: lämpötila
• Emissiivisuuden muuttaminen
• Termografiakuvia on helppo arvioida
• Usein kysytyt kysymykset

Lasersulatus kerros kerrokselta

Das jauhepetipohjainen lasersäteen sulatus, Englanti Laser Powder Bed Fusion (LPBF) on ollut yksi lupaavimmista prosesseista yli 25 vuoden ajan metallien lisäainevalmistus. Se kehitettiin ja patentoitiin vuonna 1996 Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT:ssä. Innovatiivista 3D-tulostusprosessia voidaan käyttää monimutkaisen geometrian komponenttien valmistamiseen. LPBF on erittäin tarkka ja mahdollistaa sellaisten osien valmistamisen, jotka eivät olisi lainkaan mahdollisia vähennysmenetelmillä.

LPBF – menettely

LPBF-lasersulatus alkaa a hieno jauhe, joka on jaettu ohuiksi kerroksiksi pohjalevylle. Tarkasti ohjattu lasersäde sulattaa sitten jauheen kohdealueet muodostaakseen halutun komponentin kerros kerrokselta.

Kun materiaali on jäähtynyt, muodostuu kiinteä kerros, joka muodostaa perustan seuraavalle kerrokselle. Vuoron jälkeen Pohjalevy laskettu ja levitetty toinen kerros jauhetta. Tätä prosessia toistetaan, kunnes kolmiulotteinen komponentti on valmis ja se on poistettava vain ylimääräisestä jauheesta.

Kerrospaksuudet välillä 10 ja 100 µm Tämä lasersulatus mahdollistaa poikkeuksellisen tarkkuuden ja huomion yksityiskohtiin. Tuloksena olevilla komponenteilla on vaikuttava, jopa 100 %:n ominaistiheys, mikä tarkoittaa, että niiden mekaaniset ominaisuudet eivät ole millään tavalla huonommat kuin subtraktiivisesti valmistettujen osien. Tämä korkea laatu tekee LPBF:stä ihanteellisen nopeaan prototyyppien valmistukseen ja pieniin sarjoihin, joissa tarkkuus ja materiaalien laatu ovat ratkaisevia.

Lukuvinkki: Kolme tapaa aloittaa generatiivisen tekoälyn käyttäminen

Vaikka LPBF:n valmistusnopeus on hitaampi verrattuna perinteisiin valmistusprosesseihin, kuten SLM:ään, joustavuuden, tarkkuuden ja materiaalivalikoiman edut ovat haittoja suuremmat. LPBF avattiin uusia näköaloja tuotekehityksessä ja tarjoaa innovatiivisia ratkaisuja monimutkaisiin suunnittelutöihin.

Uraauurtavat toteutettavuustutkimukset

Tunnettu Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT ajaa jatkuvasti innovaatioita lisäaineiden valmistuksen alalla. Siellä tehdään yhteistyössä alan johtavien toimijoiden kanssa uraauurtavia toteutettavuustutkimuksia, jotka työntävät lasersulatustekniikan rajoja. Erityisesti painopiste on monimutkaisten geometrioiden valmistuksessa ja uusien materiaalien tutkimuksessa.

Tim Lantzsch, Fraunhofer ILT:n Laser Powder Bed Fusion -osaston johtaja, kommentoi: "Nykyiset projektit sisältävät esimerkiksi korkean sulamispisteen metallien, kuten volframin tai molybdeenin, käyttöä. Näitä on kuitenkin vaikea käsitellä luotettavasti korkean, joskus yli 3000 °C:n sulamispisteen vuoksi." Tällaisten ja vastaavien tutkimusprojektien toteuttamiseksi Fraunhofer ILT:llä on käytössä useita LPBF-laboratoriotiloja.

Tärkeä mittaus: lämpötila

Laser Powder Bed Fusionin (LPBF) hienostuneessa 3D-tulostusprosessissa. rikas lämpötila ratkaiseva tekijä lopputuotteiden laadun kannalta. LPBF-järjestelmien laser lämmittää materiaalin erittäin nopeasti, jopa miljoonan K/s nopeuksilla, mitä seuraa yhtä nopea jäähdytys.

Nämä äärimmäiset lämpötilan muutokset voivat kuitenkin johtaa materiaalin jännitykseen, kutistumiseen, faasimuutoksiin ja muihin fysikaalisiin vaikutuksiin, jotka voivat vaikuttaa komponenttien laatuun. "Säröily ja plastinen muodonmuutos ovat tyypillisiä ongelmia, jotka voivat lopulta johtaa hylkyihin", Tim Lantzsch selittää.

Voittaakseen nämä haasteet Fraunhofer ILT on kehittänyt innovatiivisia ratkaisuja. "Esimerkiksi lämmitämme pohjalevyä minimoidaksemme liiallisten lämpötilagradienttien aiheuttamat rasitukset", kertoo Andreas Vogelpoth, prosessi- ja järjestelmäsuunnittelun asiantuntija.

Pohjalevyn optimaalinen lämpötila riippuu materiaalista ja sitä on säädettävä huolellisesti koko prosessin ajan. ”Etäisyys lämmitettävään pohjalevyyn kasvaa kerroksesta toiseen Jauhesänky on huono lämmönjohdin, säteilyllä on osansa ja tietysti laser tuo myös lämpöä sisään”, Vogelpoth sanoo.

Vastaavasti lämmitystä on säädettävä prosessin edetessä. Tämä jatkuva lämmityksen säätö LPBF-prosessin aikana varmistaa, että komponentit valmistetaan mahdollisimman laadukkaasti ja että vikojen ja romun riski on minimoitu.

Tämän prosessin optimoimiseksi tarvitaan tarkkaa lämpötilojen seurantaa. Tätä varten tutkijat käyttävät infrapunakameraa Tyyppi PI640 Optrikselta, joka pystyy mittaamaan lämpötiloja 1500 °C asti. IR-kamera on asennettu prosessikammion ulkopuolelle, johon on integroitu sinkkiselenidi-ikkuna. Kompakti infrapunakamera on helppo asentaa ikkunan yläpuolelle. 640 x 480 pikselin resoluutiolla se pystyy myös erottelemaan pienempiä komponenttirakenteita.

Emissiivisuuden muuttaminen

Tarkalla lämpötilan mittauksella on ratkaiseva rooli lisäainevalmistusprosessissa, erityisesti Laser Powder Bed Fusionissa (LPBF). "Esimerkiksi saman metallin jauheen ja kiinteän aineen emissiokyky on erilainen ja siitä on riippuvainen pinnan viimeistelysanoo Andreas Vogelpoth.

Tämän haasteen voittamiseksi Fraunhofer ILT laaja testisarja suoritettiin, jossa lämpötila mitattiin sekä infrapunakameroilla että lämpöpareilla. Varsinkin komponenttien rakentamisen aikana infrapunakamera antaa tärkeitä tietoja materiaalin lämpötilasta sulaaltaan uudelleen jähmettymisen jälkeen. Digitaalisen liitännän kautta ohjattu kamera tekee mittauksia pian laserin deaktivoinnin jälkeen ja ennen uuden jauhekerroksen levittämistä.

Nämä mittaukset antavat arvokasta tietoa erilaisista lämpövaikutuksetesimerkiksi jäähtymiskäyttäytyminen sulatusprosessin jälkeen ja lämmön poistuminen jauhekerroksen läpi. Nämä tiedot mahdollistavat komponentin lämmönsäädön säätämisen lopputuotteen laadun optimoimiseksi ja viallisten osien tuotannon välttämiseksi.

Termografiakuvia on helppo arvioida

Optriksen infrapunakamerassa PI640 on USB-liitäntä kytketty tietokoneeseen, johon on asennettu erityisesti kehitetty analyysiohjelmisto PIX Connect. Tämä lämpökamera mahdollistaa lämpökuvien tarkan ja tehokkaan reaaliaikaisen analyysin.

Kuolla PIX Connect -ohjelmistoOptris-infrapunakameroiden vakiovarusteena oleva ominaisuus tarjoaa laajat toiminnot kuvanottoa ja analysointia sekä tallenteiden arkistointia varten. Andreas Vogelpoth korostaa avoimen muodon merkitystä kuvien säilytykseen, mikä mahdollistaa saumattoman integroinnin eri järjestelmiin ja helpon tietojen jatkokäsittelyn. Lisäksi PIX Connectin käyttäjäystävällinen käyttöliittymä helpottaa lämpökuvien arviointia huomattavasti.

Se on ollut olemassa noin viisi vuotta PI640 Käytettiin Fraunhofer ILT:ssä ja korvattiin siellä pyrometrit, jotka mahdollistivat vain valikoidut lämpötilamittaukset. "Optrisin infrapunakamera sopii kaiken kaikkiaan erittäin hyvin tarkoituksiinmme", Tim Lantzsch tiivistää: "Se on kompakti, siksi helppo integroida mekaanisesti ja helppo käyttää." Tämä tekee PI640-infrapunakamerasta arvokkaan instrumentin tarkkoihin lämpötilamittauksiin. ja analyysit lisäaineiden valmistuksessa ja sen ulkopuolella.

Usein kysytyt kysymykset

Kuinka LPBF-prosessi toimii?

Das Laserjauhekerrosfuusio (LPBF) prosessi on 3D-tulostuksen muoto ja mahdollistaa monimutkaisten geometrioiden additiivinen valmistuksen, joita on vaikea tai mahdoton tuottaa perinteisillä menetelmillä. Kun painatus on valmis, ylimääräinen jauhe poistetaan ja komponentti työstetään tarvittaessa uudelleen.

Mikä on SLM-menettely?

SLM tarkoittaa Selektiivinen lasersulatus on additiivinen valmistusprosessi, jossa erittäin tarkka laser sulattaa metallijauhetta kerros kerrokselta. Monimutkaisia ​​komponentteja voidaan luoda suoraan CAD-tiedoista. Digitaalinen suunnittelu jaetaan ohuiksi poikkileikkauksiksi, jotka laser sulattaa sitten piste pisteeltä ja kerros kerrokselta rakennusalustalla. Tämä prosessi mahdollistaa suuritiheyksisten komponenttien ja monimutkaisten rakenteiden valmistuksen, joita ei useinkaan voida valmistaa perinteisillä menetelmillä.

Saatat olla myös kiinnostunut...

Tekoäly | suuntauksia ja kehitystä

Tekoäly (AI) muuttaa elämäämme tavoilla, joita emme koskaan uskoneet mahdolliseksi...

3D-tulostin | Muoviosien lisävalmistus

Olipa kyseessä additiivinen valmistus, generatiivinen valmistus tai nopea prototyyppivalmistus, komponentit valmistetaan näissä prosesseissa...

Teollinen 3D-tulostus metallille – uskomattomia mahdollisuuksia

Metallista 3D-tulostinta käytetään yhä enemmän tuotannossa. Päivien tai viikkojen sijaan perinteisellä...

Ohjelmointirobotit | ohjelmistot ja säätimet

Olipa kyseessä teollisuusrobotit tai kobotit: Ilman oikeaa ohjelmistoa ja interaktiivisen robotin ohjelmointia...

Kompakti infrapunalämpömittari älypuhelimella ja tablet-sovelluksella

Optris tarjoaa useita kompakteja ja tehokkaita infrapunalämpömittarimalleja teollisuuden...

Lämpökuvauskamera | Innovaatioita teollisiin sovelluksiin

Lämpökameroita käytetään kosketuksettomaan lämpötilan mittaukseen tutkimuksessa ja kehityksessä sekä tuotannossa. The...