La tecnología selectiva de fusión láser (SLM) se ha convertido en una técnica de fabricación aditiva revolucionaria, que permite la producción de piezas metálicas complejas de alta calidad con excelentes propiedades mecánicas. En el corazón de esta tecnología se encuentra el láser, que juega un papel multifacético y crucial. Como proveedor de tecnología SLM, he sido testigo de primera mano la importancia de los láseres en este campo de corte.
1. Los conceptos básicos de la tecnología SLM
Antes de profundizar en el papel de los láseres, es esencial comprender los principios fundamentales de la tecnología SLM. SLM es un proceso de fabricación aditivo que construye tres objetos dimensionales capa por capa. Comienza con una capa delgada de polvo de metal extendido uniformemente a través de una plataforma de compilación. El láser luego derrite selectivamente el polvo en áreas específicas de acuerdo con un modelo digital, solidificándolo en la forma deseada. Una vez que se completa una capa, la plataforma de compilación disminuye, se aplica una nueva capa de polvo y el proceso se repite hasta que se forme todo el objeto.
2. Láser como fuente de energía
El papel más fundamental del láser en la tecnología SLM es como fuente de energía. El haz láser proporciona la energía de alta intensidad requerida para derretir el polvo de metal. Los diferentes metales tienen diferentes puntos de fusión, y el láser debe ser capaz de entregar suficiente energía para alcanzar y superar estos puntos de fusión. Por ejemplo, las aleaciones de titanio, que se usan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales y médicas, tienen puntos de fusión relativamente altos (alrededor de 1668 ° C). Se necesita un láser de alta potencia para garantizar una fusión completa del polvo de titanio, lo que resulta en una parte densa y defectuosa.
La densidad de energía del haz láser es un parámetro crítico. Se define como el poder del láser dividido por el área del punto láser en el lecho de polvo. Es necesaria una densidad de energía adecuada para lograr una buena fusión y unión entre las partículas de polvo. Si la densidad de energía es demasiado baja, el polvo puede no derretirse por completo, lo que conduce a la porosidad y las propiedades mecánicas débiles en la parte final. Por otro lado, si la densidad de energía es demasiado alta, puede causar sobre -fusión, bolas (formación de bolas esféricas de metal fundido en lugar de una capa continua) y la distorsión de la pieza.
3. Escaneo de precisión y generación de patrones
Los láseres en los sistemas SLM están equipados con espejos de escaneo que pueden controlar con precisión el movimiento del haz láser a través del lecho de polvo. Esto permite la creación de geometrías complejas y detalles finos en las partes impresas. El modelo digital del objeto se corta en capas delgadas, y el sistema de exploración guía el láser para rastrear la forma de cada capa en el lecho de polvo.
La velocidad y la ruta de escaneo también tienen un impacto significativo en la calidad de la parte impresa. Una velocidad de escaneo más lenta generalmente permite depositar más energía por unidad de área, lo que puede mejorar la fusión y la unión del polvo. Sin embargo, también aumenta el tiempo de construcción. La ruta de escaneo debe planificarse cuidadosamente para garantizar un calentamiento y enfriamiento uniformes del polvo, reduciendo el riesgo de tensiones térmicas y deformación. Por ejemplo, se puede usar un patrón de escaneo de meandro o ráster, pero la dirección y la superposición de las líneas de escaneo deben optimizarse.
4. Interacción de material y control de microestructura
La interacción entre el láser y el polvo de metal durante el proceso de fusión influye en la microestructura de la parte impresa. Cuando el láser derrite el polvo, se produce una solidificación rápida debido a las altas tasas de enfriamiento. Esta rápida solidificación puede provocar microestructuras de grano fino, que a menudo conducen a propiedades mecánicas mejoradas, como una mayor resistencia y dureza.
Los parámetros láser se pueden ajustar para controlar el proceso de solidificación. Por ejemplo, al cambiar la potencia del láser, la velocidad de escaneo y la duración del pulso, la velocidad de enfriamiento se puede modificar. Una tasa de enfriamiento más lenta puede promover el crecimiento de granos más grandes, lo que puede ser beneficioso en algunas aplicaciones donde la ductilidad es más importante. En contraste, una velocidad de enfriamiento más rápida puede producir una microestructura de grano más fino, mejorar la resistencia y la resistencia al desgaste.
5. Comparación con otras tecnologías de fabricación aditiva
En comparación con otras tecnologías de fabricación aditiva comoTecnología DLP,Tecnología SLS, yTecnología FDM, El papel de los láseres en SLM es distinto.
- Tecnología DLP: La tecnología DLP (Procesamiento de luz digital) utiliza un proyector de luz digital para curar fotopolímeros de líquido capa por capa. En lugar de un láser, se basa en la proyección de la luz para el proceso de curado. Esta tecnología se utiliza principalmente para producir piezas de plástico con alto acabado superficial y resolución relativamente alta. En contraste, SLM usa láseres para derretir polvos de metal, lo que permite la producción de piezas de metal fuertes y duraderas.
- Tecnología SLS: SLS (sinterización de láser selectivo) también usa un láser, pero sinteriza las partículas de polvo en lugar de derretirlas por completo. SLS se usa comúnmente para polímeros y materiales cerámicos. El láser en SLS proporciona suficiente energía para unir las partículas de polvo en sus puntos de contacto, mientras que en SLM, el polvo se derrite por completo. Esta diferencia da como resultado piezas de SLM que tienen una mayor densidad y mejores propiedades mecánicas en comparación con las piezas de SLS.
- Tecnología FDM: FDM (modelado de deposición fusionada) funciona extruyendo un filamento termoplástico a través de una boquilla calentada y depositándola capa por capa. No usa un láser en absoluto. FDM es una tecnología más efectiva y accesible para producir prototipos de plástico y piezas simples. SLM, con su proceso de fusión basado en láser, es capaz de crear piezas metálicas más complejas y de alto rendimiento.
6. Garantía y monitoreo de calidad
Los láseres en los sistemas SLM también se pueden utilizar para fines de garantía y monitoreo de calidad. Algunas máquinas SLM avanzadas están equipadas con sistemas de monitoreo de procesos que usan el láser en sí o sensores adicionales para detectar defectos durante el proceso de impresión. Por ejemplo, el láser se puede usar para medir la altura del lecho de polvo antes y después de derretirse para detectar cualquier desigualidad o falta de cobertura en polvo.
Al analizar la reflexión o absorción de la luz del láser durante el proceso de fusión, es posible detectar defectos como porosidad, grietas o fusión incompleta. Este monitoreo de tiempo real permite que los ajustes inmediatos se realicen a los parámetros de impresión, asegurando la producción de piezas de alta calidad.
7. Desafíos y desarrollos futuros
A pesar de las muchas ventajas de los láseres en la tecnología SLM, todavía hay algunos desafíos. Uno de los principales desafíos es el alto costo de los láseres de alta potencia y el mantenimiento asociado. Además, la complejidad de controlar los parámetros láser para lograr resultados óptimos requiere operadores calificados y sistemas de control avanzados.
En el futuro, podemos esperar ver más mejoras en la tecnología láser para SLM. Se desarrollarán nuevos tipos de láseres con mayor eficiencia, mejor calidad del haz y un control más preciso. Estos avances conducirán a velocidades de impresión más rápidas, una mejor calidad de pieza y la capacidad de procesar una gama más amplia de materiales.
Como proveedor de tecnología SLM, estamos trabajando constantemente para mejorar el rendimiento de nuestros sistemas optimizando los procesos relacionados con láser. Ofrecemos capacitación y apoyo integrales a nuestros clientes para ayudarlos a aprovechar al máximo la tecnología SLM basada en láser.
Si está interesado en explorar el potencial de la tecnología SLM para sus necesidades de fabricación, lo invitamos a contactarnos para una discusión detallada. Nuestro equipo de expertos está listo para brindarle soluciones personalizadas y ayudarlo a lograr sus objetivos de producción.
Referencias
- Gibson, I., Rosen, DW y Stucker, B. (2010). Tecnologías de fabricación aditiva: prototipos rápidos para dirigir la fabricación digital. Springer Science & Business Media.
- Kruth, J. - P., Leu, MC y Nakagawa, T. (2007). Progreso en la fabricación aditiva y prototipos rápidos. CIRP Annals - Tecnología de fabricación, 56 (2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I. y Bertrand, P. (2008). Análisis de parámetros selectivos del proceso de fusión láser para aleación de Ti6al4v. Materiales y diseño, 29 (4), 826 - 831.