Sản xuất phụ gia kim loại trở nên phát triển

Release Date :02/Th11/20221 Views : 129

Các tia laser mạnh mẽ và các đầu xử lý mới tạo ra các bộ phận lớn với tính năng in 3D

Chế tạo kim loại phần lớn là ngoại trừ trong tự nhiên. Trong các quy trình như cắt, mài và khoan, một phần vật liệu cơ bản trở thành phế liệu, đòi hỏi các hệ thống xử lý, tiêu hủy phế liệu và có thể là tái chế.

Một số quy trình “phụ gia” như đúc và đúc đã tồn tại trong nhiều thế kỷ, nhưng trong hai thập kỷ qua, và đặc biệt là trong vài năm qua, những tiến bộ trong sản xuất phụ gia (AM) đã xuất hiện mang lại khả năng cho các nhà thiết kế bộ phận từng được cho là không thể.

Kiến thức cơ bản về Metal AM

Trong những năm qua , ngành công nghiệp này đã sử dụng rất nhiều từ viết tắt để mô tả một loạt các quy trình AM, nhiều quy trình đã được đăng ký nhãn hiệu bởi các nhà sản xuất thiết bị. Cuối cùng ASTM đã tiêu chuẩn hóa thuật ngữ thông qua tiêu chuẩn ASTM F2792 của nó.

Hai dạng kim loại AM phổ biến được viện dẫn trong tiêu chuẩn này là phản ứng tổng hợp dạng bột (PBF) và lắng đọng năng lượng có hướng (DED). Nguồn năng lượng phụ thuộc vào hệ thống. Tất nhiên, nhiều máy sử dụng tia laser, nhưng những máy khác sử dụng chùm tia điện tử hoặc vòng cung điện. Nhiều phát triển mới nhất, đặc biệt là với DED, liên quan đến việc sử dụng tia laser công suất cao.

Cả PBF và DED đều có thể tạo ra nhiều bộ phận khác nhau, kể cả những bộ phận có thiết kế phức tạp. Nhiều loại có các tính năng như kênh làm mát bên trong mà không thể sản xuất theo bất kỳ cách nào khác.

Trong PBF, tia laser làm đông đặc một lớp hoa văn sau đó nhỏ xuống để cho phép bột được chảy hoặc lắng đọng lại để tạo thành lớp tiếp theo. PBF tạo thành các lớp hoàn thiện phức tạp, gần hình lưới hoặc thậm chí hình lưới.

Trong DED, bột hoặc dây được lắng từng lớp, và mỗi lớp nóng chảy sẽ xây dựng trên một chất nền. Vật liệu lắng đọng có thể bao gồm thép, không gỉ, nhôm, hợp kim niken và coban, titan, và một loạt các vật liệu khác.

Do kim loại dạng bột được sản xuất như thế nào, chúng có nhiều loại và vì chúng có thể được trộn theo nhiều cách khác nhau, cho phép các nhà sản xuất tinh chỉnh các đặc tính của vật liệu. Mặt khác, dây kim loại có chi phí thấp hơn, cung cấp tốc độ lắng đọng cao và không để lại chất thải. DED cấp nguồn có thể cung cấp hầu như 100% việc sử dụng vật liệu.

DED có thể được sử dụng để sản xuất các bộ phận lớn và thực hiện sửa chữa bộ phận, với nhiều ứng dụng liên quan đến tốc độ lắng đọng vật liệu rất cao. Trên thực tế, một số quy trình DED sử dụng dây có thể lắng đọng tới 330 gram / phút thép không gỉ, gần gấp 10 lần tốc độ lắng đọng điển hình khi sử dụng PBF. Tuy nhiên, độ chính xác về kích thước và độ nhám bề mặt của DED cũng kém hơn khoảng 10 lần so với những gì PBF có thể đạt được. DED có thể đạt được hình dạng gần như lưới nhưng thường yêu cầu một số kiểu hoàn thiện, chẳng hạn như phay hoặc mài. Mặc dù vậy, tỷ lệ lắng đọng cao của DED thường làm cho nó kinh tế hơn đối với các thành phần lớn, ngắn hạn.

Truyền hoặc In?

Hãy xem xét một phần lớn mà trước khi kim loại AM đã được đúc và gia công hoàn thiện. Nếu đó là một bộ phận có khối lượng lớn, đúc vẫn có thể là phương pháp sản xuất thực tế, hiệu quả về chi phí nhất. Nhưng nếu thời gian chạy ngắn thì sao? Trong thời gian cần thiết để tạo ra lõi cho dàn diễn viên, DED đã có thể sản xuất một bộ phận chất lượng vừa mới ra đời.

đầu xử lý đa hướng để lắng đọng năng lượng theo hướng

Đầu xử lý DED đa hướng chia chùm tia laser thành ba điểm riêng biệt.

Hơn nữa, bộ phận do DED sản xuất không bị các vấn đề luyện kim có thể xảy ra từ quá trình đúc, chẳng hạn như độ xốp vi mô hoặc vĩ mô, rãnh hoặc vòng lạnh và vảy. Một hệ thống DED được thiết kế tốt, với phản hồi vòng kín tới nguồn laser, sẽ có thể tạo ra một phần lớn với sự hợp nhất giữa các lớp tốt và ít tạp chất, nếu có.

Xử lý các tiến bộ của Head

Máy DED công nghiệp tiêu chuẩn bao gồm đầu lắng đọng vật liệu, hệ thống chuyển động (đa trục hoặc rô bốt), nguồn laser, vỏ an toàn và hệ thống thoát khí. Đầu xử lý di chuyển theo đường chạy dao được lập trình dựa trên dữ liệu CAD của bộ phận.

Nhưng sự phát triển của DED vẫn tiếp tục không suy giảm, và tỷ lệ lắng đọng tiếp tục tăng. Mục đích là làm nóng và nóng chảy dây đồng nhất và nhanh chóng mà không bị biến dạng. Đối với nhiều ứng dụng, điều này đã trở thành hiện thực một phần nhờ vào những tiến bộ trong bộ xử lý.

Một số ứng dụng DED có thể sử dụng đầu hàn laser, nhưng cách dây cấp đầu như vậy có hạn chế. Đầu hàn laser thông thường cấp dây từ bên cạnh. Hướng cấp nguồn ảnh hưởng đến việc truyền giọt và chất lượng của khoản tiền gửi. Mục đích là giữ cho vật liệu nóng chảy ở cuối dây chảy trơn tru và liên tục vào vùng nóng chảy trên phôi và với DED, việc tối ưu hóa dòng chảy này đôi khi không thể thực hiện được nếu đầu xử lý chỉ có một hướng cấp dây duy nhất .

Phản xạ ngược có thể là một thách thức khác. DED yêu cầu nhiều trung tâm công cụ để lập trình đường dẫn, điều này làm cho khả năng phản xạ ngược từ ánh sáng dội ra khỏi dây và các đầu hàn laser điển hình không được thiết kế để giải quyết vấn đề này.

Cuối cùng, quang học truyền qua của đầu hàn laser thường được giới hạn ở công suất laser 6 kW. Cách đây không lâu, 6 kW đã được coi là một ứng dụng laser công nghiệp “công suất cao”. Ngày nay, một số ứng dụng DED sử dụng công suất laser từ 10 đến 20 kW.

Trong DED, các vật liệu khác nhau được hưởng lợi từ các hướng và vị trí cấp dây khác nhau. Việc cấp liệu trước cho dây ở mép hàng đầu của bể nóng chảy có xu hướng tăng tốc độ lắng đọng và cải thiện độ hoàn thiện bề mặt khi làm việc với các vật liệu làm từ titan và niken. Đối với nhôm, các thí nghiệm cho thấy điều ngược lại; nghĩa là, việc cấp lại dây sẽ hiệu quả và ổn định hơn. Nói chung, hướng cấp dây tối ưu để tạo ra cặn DED có hình dạng tốt phụ thuộc vào vật liệu – do đó lợi ích của các đầu lắng đa hướng.

Các đầu đa hướng như vậy với nguồn cấp dây nóng đồng trục có thể xử lý công suất laser 20 hoặc thậm chí 30 kW, trong đó quang học phản xạ được làm mát trực tiếp giảm thiểu sự thay đổi tiêu điểm. Một số đầu có quang học bên trong chia chùm tia laze công suất cao thành ba điểm lấy nét riêng biệt có công suất bằng nhau, mỗi điểm đặt cách nhau xung quanh nguồn cấp dây đồng trục. Sự sắp xếp này tạo điều kiện cho việc cấp dây từ các hướng khác nhau tùy thuộc vào vật liệu, đường kính bể chảy và các biến ứng dụng khác.

Ba điểm có thể được đặt chồng lên nhau, kết hợp năng lượng của chúng thành toàn bộ công suất của tia laser. Ngoài ra, chúng có thể được định vị để ưu tiên một hướng cụ thể (nghĩa là, hướng nguồn cấp dây). Ví dụ, hai điểm có thể nằm chồng lên nhau trong khi điểm thứ ba đi qua dây.

Mở rộng dấu chân phụ gia

DED rất nhạy cảm với các biến thể của quy trình, đó là lý do tại sao việc giám sát và kiểm soát nội tuyến là rất quan trọng. Mục tiêu cuối cùng là tăng tính ổn định của quá trình lắng đọng và cuối cùng là mở rộng tiềm năng của kim loại AM sang các khu vực mới — bao gồm các bộ phận thực sự khổng lồ mà cho đến gần đây, được coi là không thực tế hoặc hoàn toàn không thể xử lý được đối với bất kỳ quy trình AM nào.

hình nón vòi phun tên lửa in 3D

Vòi tên lửa này được tạo ra bằng DED dựa trên tia laser. Hình nón tên lửa nguyên mẫu cao 42 inch, đường kính 24 inch, với bức tường dày 1/8 inch. Sau khi gia công cuối cùng, hình nón nặng 110 lbs. Quá trình này mất khoảng 24 giờ.


Hộp đựng kinh doanh cho AM kim loại phần lớn

Hãy tưởng tượng một vòi phun tên lửa lớn, chiều cao và chiều rộng của nó được tính bằng feet hoặc mét. Thoạt nhìn, bạn có thể nghĩ đó là một phần diễn viên – nhưng không phải vậy. Thay vào đó, nó được sản xuất bổ sung trong một hệ thống lắng đọng năng lượng định hướng (DED) quy mô lớn.

Chính xác thì tại sao chúng được sản xuất bổ sung chứ không phải đúc và gia công hoàn thiện? Hai lý do: nhu cầu quay vòng nhanh và loại vật liệu khác thường, khá đắt tiền của đầu phun. Bắt đầu từ một khối phôi sẽ rất tốn kém, và mác thép sẽ đòi hỏi quá cao và đắt tiền để gia công.

Đó là sản xuất phụ gia kim loại trái, hoặc nhiệt hạch bột (PBF) hoặc DED. Cao và rộng nhiều feet, các vòi phun quá lớn so với PBF thông thường và các bộ phận yêu cầu độ xốp gần như bằng không trong vật liệu hoàn thiện.

Vì vậy, nhà sản xuất đã chuyển sang một hệ thống DED năng lượng cao, dựa trên laser, dẫn nguồn bằng cách sử dụng đầu lắng đọng ba điểm. Các bộ phận xuất hiện từ máy đã sẵn sàng để hoàn thiện và vật liệu kết quả là loại đúc nhưng với chất lượng luyện kim được cải thiện.

Quá trình gia công hoàn thiện chỉ mất 20% tổng thời gian nếu các đầu phun được gia công thông thường từ phôi. Tiết kiệm thời gian cho mỗi phần không được tính bằng phút hay giờ mà bằng ngày. Và bởi vì giá phế liệu đối với kim loại bất thường bằng khoảng 1/8 giá trị của toàn bộ phôi thép, AM dẫn đến tiết kiệm chi phí đáng kể từ việc tăng sử dụng nguyên liệu (nghĩa là nguyên liệu ít bị mất hơn). Khoảng 97% vật liệu tiêu thụ được chuyển vào các bộ phận được chế tạo.

Công ty Cổ phần Thiết bị và Giải pháp Cơ khí Automech
Trụ sở chính: số 285 đường Phúc Lợi, quận Long Biên, Hà Nội
Chi nhánh Đà Nẵng: lô 11, khu A4 – Nguyễn Sinh Sắc, quận Liên Chiểu, Đà Nẵng
Chi nhánh TP HCM: số 84, đường 10, khu đô thị Vạn Phúc, Hiệp Bình Phước, Thủ Đức
Hotline: 0987 899 347
Website: automech.vn
Fanpage: Automech Life

Hotline Zalo Messenger Up