Infraröd kamera optimerar Laser Powder Bed Fusion 3D-utskrift
- Detaljer
- Träffar: 1643
Upptäck fördelarna med lasersmältande metallpulver: The 3D tryck av metaller blir allt populärare. I synnerhet pulverbäddsbaserad laserstrålesmältning eller Laserpulverbäddfusion (LPBF) tillåter känsliga och mycket komplexa strukturer och öppnar alltid för nya applikationer. Kvaliteten på processen beror mycket på rätt temperaturer. För att mäta detta använder forskarna Fraunhofer ILT eine infraröd kamera av Optris.
innehåll
- Lasersmältning lager för lager
- Ändra emissivitet
- Termografibilder kan enkelt utvärderas
- Vanliga frågor
Lasersmältning lager för lager
den pulverbäddsbaserad laserstrålesmältning, Engelsk Laser Powder Bed Fusion (LPBF) har varit en av de mest lovande processerna i över 25 år additiv tillverkning av metaller. Den utvecklades och patenterades 1996 vid Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT. Den innovativa 3D-utskriftsprocessen kan användas för att producera komponenter med komplexa geometrier. LPBF är mycket exakt och gör att delar kan tillverkas som inte alls skulle vara möjligt med subtraktiva metoder.
LPBF – Proceduren
LPBF-lasersmältning börjar med en fint pulver, som fördelas i tunna lager på en bottenplatta. En exakt kontrollerad laserstråle smälter sedan målområden av pulvret för att bygga upp den önskade komponenten lager för lager.
Efter att materialet har svalnat skapas ett fast lager som ligger till grund för nästa lager. Efter ett skift Bottenplatta sänkt och ytterligare ett lager pulver applicerat. Denna process upprepas tills den tredimensionella komponenten är klar och behöver bara avlägsnas från överflödigt pulver.
Med lagertjocklekar mellan 10 och 100 µm Denna lasersmältning möjliggör exceptionell precision och uppmärksamhet på detaljer. De resulterande komponenterna har en imponerande specifik densitet på upp till 100 %, vilket innebär att deras mekaniska egenskaper inte på något sätt är sämre än subtraktivt tillverkade delar. Denna höga kvalitet gör LPBF idealisk för snabb prototypframställning och små serier där precision och materialkvalitet är avgörande.
Lästips: Tre sätt att komma igång med generativ AI
Även om tillverkningshastigheten för LPBF är långsammare jämfört med traditionella tillverkningsprocesser som SLM, uppväger fördelarna i form av flexibilitet, precision och materialvariation nackdelarna. LPBF öppnade nya horisonter inom produktutveckling och erbjuder innovativa lösningar för komplexa konstruktioner.
Banbrytande förstudier
Den kända Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT driver kontinuerligt innovation inom additiv tillverkning. I samarbete med ledande industriaktörer genomförs banbrytande förstudier där som tänjer på gränserna för lasersmältningsteknik. Ett särskilt fokus ligger på produktion av komplexa geometrier och forskning om nya material.
Tim Lantzsch, chef för Laser Powder Bed Fusion-avdelningen vid Fraunhofer ILT, kommenterar: "Nuvarande projekt involverar till exempel att använda metaller med hög smältpunkt, såsom volfram eller molybden. Dessa är dock svåra att bearbeta tillförlitligt på grund av den höga smältpunkten på ibland över 3000 °C." För att utföra sådana och liknande forskningsprojekt driver Fraunhofer ILT flera LPBF-laboratorieanläggningar.
Viktigt mått: temperatur
I den sofistikerade 3D-utskriftsprocessen av Laser Powder Bed Fusion (LPBF). rätt temperatur en avgörande faktor för kvaliteten på slutprodukterna. Lasern i LPBF-system värmer materialet extremt snabbt, med hastigheter på upp till 1 miljon K/s, följt av lika snabb kylning.
Dessa extrema temperaturförändringar kan dock leda till materialspänningar, krympning, fasomvandlingar och andra fysiska effekter som kan påverka komponentkvaliteten. "Sprickbildning och plastisk deformation är typiska problem som i slutändan kan leda till kasseringar", förklarar Tim Lantzsch.
För att övervinna dessa utmaningar har Fraunhofer ILT utvecklat innovativa lösningar. "Till exempel värmer vi bottenplattan för att minimera påfrestningarna som orsakas av för stora temperaturgradienter", säger Andreas Vogelpoth, specialist inom process- och systemteknik.
Den optimala temperaturen på bottenplattan beror på materialet i fråga och måste regleras noggrant under hela processen. ”Avståndet till den uppvärmda bottenplattan ökar från lager till lager Puderbädd är en dålig värmeledare spelar strålning en roll och givetvis tar även lasern in värme”, säger Vogelpoth.
Följaktligen måste uppvärmningen justeras allt eftersom processen fortskrider. Denna kontinuerliga justering av uppvärmningen under LPBF-processen säkerställer att komponenterna tillverkas av högsta möjliga kvalitet och risken för defekter och skrot minimeras.
För att optimera denna process krävs noggrann övervakning av temperaturer. För att göra detta använder forskarna en infraröd kamera Typ PI640 från Optris, som kan mäta temperaturer upp till 1500 °C. IR-kameran är monterad utanför processkammaren, i vilken ett zinkselenidfönster är integrerat. Den kompakta infraröda kameran kan enkelt monteras ovanför fönstret. Med en upplösning på 640 x 480 pixlar kan den även lösa mindre komponentstrukturer.
Ändra emissivitet
Exakt temperaturmätning spelar en avgörande roll i den additiv tillverkningsprocessen, särskilt i Laser Powder Bed Fusion (LPBF). "Till exempel är emissiviteten för pulver och fast material av samma metall olika och det finns ett beroende av det ytfinishsäger Andreas Vogelpoth.
För att övervinna denna utmaning, Fraunhofer ILT omfattande testserier genomfördes där temperaturen mättes med både infraröda kameror och termoelement. Särskilt under komponentkonstruktion ger den infraröda kameran viktiga data om materialets temperatur efter att smältbassängen har stelnat igen. Styrt via ett digitalt gränssnitt gör kameran mätningar kort efter att lasern avaktiverats och innan ett nytt lager pulver appliceras.
Dessa mätningar ger värdefulla insikter om olika termiska effektert.ex. kylningsbeteendet efter smältningsprocessen och värmeavledningen genom pulverbädden. Dessa data gör det möjligt att justera värmekontrollen av komponenten för att optimera kvaliteten på slutprodukten och undvika produktion av defekta delar.
Termografibilder kan enkelt utvärderas
Den infraröda kameran PI640 från Optris har ett USB-gränssnitt ansluten till en PC, på vilken den specialutvecklade analysmjukvaran PIX Connect är installerad. Denna värmekamera möjliggör exakt och effektiv realtidsanalys av termografibilder.
den PIX Connect programvara, som levereras som standard med Optris infraröda kameror, erbjuder omfattande funktioner för bildtagning och analys samt för att arkivera inspelningarna. Andreas Vogelpoth understryker vikten av det öppna formatet för bildlagring, vilket möjliggör sömlös integration i olika system och enkel vidarebearbetning av datan. Dessutom gör det användarvänliga gränssnittet i PIX Connect utvärderingen av termografibilderna mycket enklare.
Det har funnits i cirka fem år PI640 användes på Fraunhofer ILT och ersatte pyrometrar där, vilket endast möjliggjorde selektiva temperaturmätningar. "Sammantaget är den infraröda kameran från Optris mycket väl lämpad för våra syften", sammanfattar Tim Lantzsch: "Den är kompakt, därför lätt att integrera mekaniskt och lätt att använda." Detta gör den infraröda kameran PI640 till ett värdefullt instrument för exakta temperaturmätningar och analyser inom additiv tillverkning och vidare.
Vanliga frågor
Hur fungerar LPBF-processen?
den Laserpulverbäddfusion (LPBF)-processen är en form av 3D-utskrift och möjliggör additiv tillverkning av komplexa geometrier som är svåra eller omöjliga att producera med konventionella metoder. Efter att tryckprocessen är klar avlägsnas överskottspulvret och komponenten omarbetas vid behov.
Vad är SLM-förfarande?
SLM betyder Selektiv lasersmältning är en additiv tillverkningsprocess där en högprecisionslaser smälter metallpulver lager för lager. Komplexa komponenter kan skapas direkt från CAD-data. En digital design bryts ner i tunna tvärsnitt som lasern sedan smälter punkt för punkt och lager för lager på byggplattformen. Denna process möjliggör tillverkning av komponenter med hög densitet och komplexa strukturer som ofta inte kan tillverkas med konventionella metoder.
Du kanske också är intresserad av...
Artificiell intelligens | trender och utvecklingar
3D-skrivare | Additiv tillverkning av plastdelar
3D-skrivare metall | Fantastiska möjligheter
Programmera robotar | programvara och kontroller
Kompakt infraröd termometer med smartphone & surfplatta-app
Värmekamera | Innovationer för industriella tillämpningar
Författarna är Andreas Theilacker och Torsten Czech, båda ingenjörer på Optris GmbH i Berlin.