Технологияи истеҳсоли иловаҳои лазерӣ (AM) бо бартариҳои дақиқии баланди истеҳсолӣ, чандирии қавӣ ва дараҷаи баланди автоматизатсия, дар истеҳсоли ҷузъҳои калидӣ дар соҳаҳо ба монанди автомобилсозӣ, тиббӣ, аэрокосмикӣ ва ғайра (ба монанди соплоҳои сӯзишвории мушакӣ, кронштейнҳои антеннаи моҳвораӣ, имплантатҳои инсонӣ ва ғайра) васеъ истифода мешавад. Ин технология метавонад иҷрои якҷояи қисмҳои чопшударо тавассути истеҳсоли муттаҳиди сохтор ва иҷрои мавод ба таври назаррас беҳтар созад. Дар айни замон, технологияи истеҳсоли иловаҳои лазерӣ одатан шуои Гауссии мутамарказро бо тақсимоти энергияи марказӣ ва канори паст қабул мекунад. Аммо, он аксар вақт градиентҳои баланди гармиро дар гудохта ба вуҷуд меорад, ки боиси пайдоиши минбаъдаи сӯрохиҳо ва донаҳои дағал мегардад. Технологияи шаклдиҳии шуоъ як усули нави ҳалли ин мушкилот аст, ки самаранокӣ ва сифати чопро тавассути танзими тақсимоти энергияи шуоъи лазерӣ беҳтар мекунад.
Дар муқоиса бо тарҳи анъанавӣ ва истеҳсоли муодили он, технологияи истеҳсоли иловаҳои металлӣ бартариҳоеро дорад, ба монанди давраи кӯтоҳи истеҳсолӣ, дақиқии баланди коркард, сатҳи баланди истифодаи мавод ва иҷрои хуби умумии қисмҳо. Аз ин рӯ, технологияи истеҳсоли иловаҳои металлӣ дар соҳаҳо ба монанди аэрокосмос, силоҳ ва таҷҳизот, нерӯи ҳастаӣ, биофармасевтика ва автомобилҳо васеъ истифода мешавад. Бар асоси принсипи ҷамъкунии дискретӣ, истеҳсоли иловаҳои металлӣ аз манбаи энергия (ба монанди лазер, камон ё шуои электронӣ) барои об кардани хока ё сим истифода мебарад ва сипас онҳоро қабат ба қабат ҷамъ мекунад, то ҷузъи мақсаднокро истеҳсол кунад. Ин технология дар истеҳсоли партияҳои хурд, сохторҳои мураккаб ё қисмҳои фардӣ бартариҳои назаррас дорад. Маводҳое, ки бо истифода аз усулҳои анъанавӣ коркард карданашон мумкин нест ё душвор аст, инчунин барои тайёр кардан бо истифода аз усулҳои истеҳсоли иловаҳо мувофиқанд. Аз сабаби бартариҳои дар боло зикршуда, технологияи истеҳсоли иловаҳо таваҷҷӯҳи васеи олимонро ҳам дар дохил ва ҳам дар сатҳи байналмилалӣ ҷалб кардааст. Дар чанд даҳсолаи охир, технологияи истеҳсоли иловаҳо пешрафти босуръат кардааст. Аз сабаби автоматикунонӣ ва чандирии таҷҳизоти истеҳсоли иловаҳои лазерӣ, инчунин бартариҳои ҳамаҷонибаи зичии баланди энергияи лазерӣ ва дақиқии баланди коркард, технологияи истеҳсоли иловаҳои лазерӣ дар байни се технологияи истеҳсоли иловаҳои металлӣ, ки дар боло зикр шудаанд, зудтарин рушд кардааст.
Технологияи истеҳсоли иловаҳои металлӣ бо лазерро метавон ба LPBF ва DED тақсим кард. Дар расми 1 диаграммаи схематикии маъмулии равандҳои LPBF ва DED нишон дода шудааст. Раванди LPBF, ки бо номи Гудозиши Лазерии Интихобӣ (SLM) низ маълум аст, метавонад ҷузъҳои мураккаби металлиро тавассути скан кардани нурҳои лазерии баландэнергия дар масири муқарраршуда дар сатҳи қабати хока истеҳсол кунад. Сипас, хока об мешавад ва қабат ба қабат сахт мешавад. Раванди DED асосан ду раванди чопро дар бар мегирад: ҷойгиркунии гудозиши лазерӣ ва истеҳсоли иловаҳои ғизодиҳии сими лазерӣ. Ҳардуи ин технологияҳо метавонанд қисмҳои металлиро мустақиман тавассути ғизодиҳии ҳамзамони хокаи металлӣ ё сим истеҳсол ва таъмир кунанд. Дар муқоиса бо LPBF, DED ҳосилнокии баландтар ва майдони калонтари истеҳсолӣ дорад. Илова бар ин, ин усул инчунин метавонад маводҳои композитӣ ва маводҳои функсионалии баҳогузоршударо ба осонӣ омода кунад. Аммо, сифати сатҳи қисмҳое, ки бо DED чоп шудаанд, ҳамеша паст аст ва барои беҳтар кардани дақиқии андозаи ҷузъи мақсаднок коркарди минбаъда лозим аст.
Дар раванди истеҳсоли иловаҳои лазерӣ, шуои Гауссии мутамарказ одатан манбаи энергия мебошад. Аммо, аз сабаби тақсимоти беназири энергияи он (маркази баланд, канори паст), эҳтимол дорад, ки градиентҳои баланди гармӣ ва ноустувории ҳавзи гудохтаро ба вуҷуд орад. Ин боиси сифати пасти шаклдиҳии қисмҳои чопшуда мегардад. Илова бар ин, агар ҳарорати маркази ҳавзи гудохта хеле баланд бошад, он боиси бухоршавии унсурҳои металлии нуқтаи пасти обшавӣ мегардад, ки ноустувории раванди LBPF-ро боз ҳам шадидтар мекунад. Аз ин рӯ, бо афзоиши сӯрохӣ, хосиятҳои механикӣ ва мӯҳлати хастагии қисмҳои чопшуда ба таври назаррас коҳиш меёбанд. Тақсимоти нобаробари энергияи шуоъҳои Гауссӣ инчунин боиси паст шудани самаранокии истифодаи энергияи лазерӣ ва аз ҳад зиёди исрофкорӣ мегардад. Барои ба даст овардани сифати беҳтари чоп, олимон ба омӯзиши ҷуброни камбудиҳои шуоъҳои Гауссӣ тавассути тағир додани параметрҳои раванд, ба монанди қувваи лазерӣ, суръати сканкунӣ, ғафсии қабати хока ва стратегияи сканкунӣ, барои назорат кардани имконияти воридшавии энергия шурӯъ кардаанд. Аз сабаби равзанаи хеле танг дар коркарди ин усул, маҳдудиятҳои муқарраршудаи физикӣ имконияти оптимизатсияи минбаъдаро маҳдуд мекунанд. Масалан, афзоиши қувваи лазер ва суръати сканкунӣ метавонад ба самаранокии баланди истеҳсолӣ ноил гардад, аммо аксар вақт бо арзиши қурбон кардани сифати чоп алоқаманд аст. Дар солҳои охир, тағир додани тақсимоти энергияи лазер тавассути стратегияҳои шаклдиҳии шуоъ метавонад самаранокии истеҳсолот ва сифати чопро ба таври назаррас беҳтар созад, ки метавонад самти рушди ояндаи технологияи истеҳсоли иловагии лазерӣ гардад. Технологияи шаклдиҳии шуоъ умуман ба танзими тақсимоти мавҷии шуоъи вурудӣ барои ба даст овардани тақсимоти шиддат ва хусусиятҳои паҳншавии дилхоҳ ишора мекунад. Татбиқи технологияи шаклдиҳии шуоъ дар технологияи истеҳсоли иловагии металлӣ дар расми 2 нишон дода шудааст.
Истифодаи технологияи шаклдиҳии шуоъ дар истеҳсоли иловаҳои лазерӣ
Камбудиҳои чопи анъанавии Гаусс
Дар технологияи истеҳсоли иловаҳои лазерии металлӣ, тақсимоти энергияи шуои лазерӣ ба сифати қисмҳои чопшуда таъсири назаррас мерасонад. Гарчанде ки шуои Гауссӣ дар таҷҳизоти истеҳсоли иловаҳои лазерии металлӣ васеъ истифода мешуданд, онҳо аз камбудиҳои ҷиддӣ, аз қабили сифати ноустувори чоп, истифодаи ками энергия ва тирезаҳои танг дар раванди истеҳсоли иловаҳо азият мекашанд. Дар байни онҳо, раванди обшавии хока ва динамикаи ҳавзи гудохта ҳангоми раванди иловаҳои лазерии металлӣ бо ғафсии қабати хока зич алоқаманд аст. Аз сабаби мавҷудияти пошидани хока ва минтақаҳои эрозия, ғафсии воқеии қабати хока аз интизории назариявӣ баландтар аст. Дуюм, сутуни буғ боиси пошидани реактивии асосии қафо гардид. Буғи металлӣ бо девори қафо бархӯрда, пошиданиҳоро ташкил медиҳад, ки дар баробари девори пеш ба самти амудӣ ба минтақаи коҷдори ҳавзи гудохта пошида мешаванд (чунон ки дар расми 3 нишон дода шудааст). Аз сабаби таъсири мутақобилаи мураккаби байни шуои лазерӣ ва пошиданиҳо, пошиданиҳои партофташуда метавонанд ба сифати чопи қабатҳои минбаъдаи хока таъсири ҷиддӣ расонанд. Илова бар ин, пайдоиши сӯрохиҳои калидӣ дар ҳавзи гудохта низ ба сифати қисмҳои чопшуда таъсири ҷиддӣ мерасонад. Сӯрохиҳои дохилии порчаи чопшуда асосан аз сӯрохиҳои ноустувори қулфшаванда ба вуҷуд меоянд.
Механизми ташаккули нуқсонҳо дар технологияи шаклдиҳии чӯб
Технологияи шаклдиҳии шуоъ метавонад дар як вақт дар якчанд андоза беҳтар шудани самаранокиро ба даст орад, ки аз шуоъҳои Гауссӣ, ки самаранокиро дар як андоза бо арзиши қурбон кардани андозаҳои дигар беҳтар мекунанд, фарқ мекунад. Технологияи шаклдиҳии шуоъ метавонад тақсимоти ҳарорат ва хусусиятҳои ҷараёни ҳавзи гудохтаро дақиқ танзим кунад. Бо назорати тақсимоти энергияи лазерӣ, ҳавзи гудохтаи нисбатан устувор бо градиенти хурди ҳарорат ба даст оварда мешавад. Тақсимоти мувофиқи энергияи лазерӣ барои пахш кардани сӯрохӣ ва нуқсонҳои пошидан ва беҳтар кардани сифати чопи лазерӣ дар қисмҳои металлӣ муфид аст. Он метавонад ба беҳбудиҳои гуногун дар самаранокии истеҳсолот ва истифодаи хока ноил гардад. Дар айни замон, технологияи шаклдиҳии шуоъ ба мо стратегияҳои бештари коркардро фароҳам меорад, ки озодии тарроҳии равандро хеле озод мекунад, ки ин як пешрафти инқилобӣ дар технологияи истеҳсоли иловаҳои лазерӣ мебошад.
Вақти нашр: 28 феврали соли 2024
