A lézeres huzaldepózíció fejlesztése kék lézerekkel
Az ipari lézerrendszerek egy általánosan elfogadott kialakítás köré szerveződtek: egy száloptikás, infravörös lézer, amelyet alkalmazásspecifikus feldolgozó optikákkal párosítanak. Ez a megközelítés leegyszerűsíti az interoperabilitást és csökkenti a fejlesztési költségeket, lehetővé téve a rendszerintegrátorok számára, hogy a specializált optikákra összpontosítsanak. Ez a szabványosítás azonban bizonyos alkalmazásokban, például a lézeres huzaldepózíció terén, teljesítménybeli korlátozásokat jelenthet.
Ezen a téren a kék lézerek, amelyek jobb abszorpcióval rendelkeznek a fényvisszaverő fémek esetében és magasabb energiahatékonyságot kínálnak, egyedi előnyöket nyújtanak.
TARTALOMJEGYZÉK
1. Az ipari lézerrendszerek optimalizálása: Túl a hagyományos megközelítésen
2. Kihívások a kék lézerforrásokkal kapcsolatban
3. Egyedi megközelítés kék lézerekhez
4. Integráció és gyakorlati előnyök
5. Kék lézerek a Meltio additív megoldásaiban: Az új korszak a fém additív gyártásban
6. Következtetés
1. Az ipari lézerrendszerek optimalizálása: Túl a hagyományos megközelítésen
Az ipari lézerrendszerek túlnyomórészt egy szabványosított kialakításra épülnek: egy száloptikával csatolt infravörös lézerre, amelyet különböző feldolgozó optikákkal párosítanak, az alkalmazások széles skálájára szabva, a lézeres jelöléstől kezdve az additív gyártáson át a hegesztésig és vágásig.
Ez a szabványosítás számos előnyt nyújt a felhasználók számára, beleértve a jobb interoperabilitást és az alacsonyabb fejlesztési költségeket. Az egységesített lézerforrás, amelyet több gyártó is biztosíthat, lehetővé teszi a rendszerintegrátorok számára, hogy kizárólag a különböző alkalmazásokhoz szükséges feldolgozó optikák fejlesztésére összpontosítsanak.
Ez a szabványosított megközelítés azonban korlátokkal is jár, különösen akkor, amikor speciális folyamatokban a legjobb teljesítményt szeretnénk elérni. Erre kiváló példa a lézeres huzaldepózíció. Ebben az eljárásban a rövidebb hullámhosszú lézerek, különösen a kék spektrumhoz tartozók előnyei jól dokumentáltak. A kék lézerek nagyobb feldolgozási sebességet és stabilitást kínálnak a fémek széles skáláján, miközben ugyanahhoz a művelethez kevesebb energiát fogyasztanak, köszönhetően a kék fény jobb abszorpciójának.
Továbbá, a kék lézerek lehetővé teszik a rendkívül fényvisszaverő anyagok (például réz, alumínium, arany) feldolgozását, amelyek az infravörös fény túlnyomó részét visszaverik. Ezen előnyök ellenére a kék lézerforrások alkalmazása ebben a szektorban lassan terjedt el, mivel magas költségük – amely többszöröse a hasonló teljesítményű közeli-infravörös (NIR) lézerekének – korlátozza a széles körű elterjedésüket.
2. Kihívások a kék lézerforrásokkal kapcsolatban
A jelentős költségkülönbség abból fakad, hogy a kék lézereket nehéz integrálni a hagyományos száloptikás lézerformátumba. A kék lézerforrások kisebb teljesítményűek, és általában rosszabb nyalábminőséggel rendelkeznek, mint a közeli infravörös (NIR) lézerek. Ez a fény egyetlen szálba való összegyűjtéséhez szükséges belső igazítást bonyolulttá és költségessé teszi, különösen akkor, ha magas nyalábminőséget szeretnénk elérni.
A lézeres huzaldepózíció során a feldolgozó optika jellemzően egyetlen lézersugarat több sugárnyalábra bont, amelyek több irányból érkeznek a huzalra, biztosítva az egyenletes anyaglerakódást.
Ez azt jelenti, hogy egy hagyományos lézeres huzaldepózíciós rendszer esetében először meg kell oldani a több alacsony teljesítményű lézerforrás összehangolását egyetlen lézerforráson belül, majd ki kell fejleszteni egy olyan összetett feldolgozó fejet, amely a lézersugarat több nyalábra bontja, hogy az olvasztást és az anyagleadást hatékonyan megvalósítsa.
3. Egyedi megközelítés kék lézerekhez
Egy hatékonyabb megoldás az lenne, ha egy testreszabott lézert fejlesztenénk ki, amely közvetlenül több lézernyalábot állít elő a lézeres huzaldepózícióhoz. Ezt a koncepciót először NIR lézerekkel mutatták be, de a kék lézereknél, ahol a nyalábkombinálás nagyobb kihívást jelent, még ígéretesebb lehetőségeket kínál.
A több lézernyaláb közvetlen használata további előnyökkel járhat a jobb energiamegoszlás révén. A közvetlen diódalézerek kimenete általában homogénebb, mint a száloptikás eszközökre jellemző Gauss-eloszlás. Ez a homogenitás jobb energiafelhasználást és nagyobb folyamat-hatékonyságot eredményez, biztosítva, hogy a megmunkálási pont minden területe elegendő energiát kapjon, anélkül, hogy bizonyos részeken túlzott vagy elégtelen koncentráció alakulna ki.
4. Integráció és gyakorlati előnyök
Rendszerszinten a lézerforrás feldolgozófejbe való integrálása további gyakorlati előnyöket kínál. Ezzel a megközelítéssel a depózíciós fejhez csak elektromos és hűtési csatlakozások szükségesek, kiküszöbölve a nagy teljesítményű száloptikák szükségességét. Ez az egyszerűsítés növeli a rendszer robusztusságát és megkönnyíti a kezelhetőséget, miközben csökkenti az elszabaduló száloptikai meghibásodások kockázatát.
Mivel a lézerfény előállítása a rendszer lézerbiztos feldolgozási környezetén belül történik, ez mérsékli a sérült lézerszálakból származó potenciális veszélyeket a nem lézerbiztos környezetekben.
5. Kék lézerek a Meltio additív megoldásaiban: Az új korszak a fém additív gyártásban
A Meltio forradalmasítja a fém additív gyártást innovatív kék lézertechnológiájával. A 450 nm-es hullámhosszú kék lézerek integrálásával a Meltio rendszerei fokozott energiaelnyelést érnek el a fémanyagok széles spektrumán, új lehetőségeket nyitva a fém 3D nyomtatás területén. A kék lézertechnológiával rendelkező két rendszer a Meltio M600, valamint a most frissített Meltio Engine Blue, amely a Meltio Engine integrációs készlettel van felszerelve, vertikális megmunkáló központokhoz és ipari robotokhoz.
A huzalirányított energia-depozíció (Wire-Directed Energy Deposition, DED) során nagy teljesítményű lézerek olvasztják meg és helyezik le a huzal alapú fémtöltőanyagot. A Meltio kék lézerei optimalizáltak a fémek elnyelési jellemzőire, és jelentős előnyöket kínálnak a hagyományos infravörös lézerekkel szemben:
Kiváló fémabszorpció a magasabb hatékonyság érdekében
A kék lézerek lehetővé teszik a fémek jobb elnyelését. A 450 nm-re csökkentett hullámhosszal optimálisan alkalmasak az abszorpcióra, több lézerenergiát irányítva a fém hevítésére és olvasztására, így gyorsabb és hatékonyabb depózíciót eredményeznek. Ez az optimális abszorpció javítja az egész depózíciós folyamatot, gyorsabbá és precízebbé téve azt.
Gyorsabb és környezetbarátabb nyomtatás
Mostantól lehetséges a fém 3D nyomtatás gyorsítása, miközben csökkentjük az energiafogyasztást. A kék lézertechnológia lehetővé teszi a gyorsabb depózíciót anélkül, hogy növelni kellene a lézer teljesítményét, segítve a Meltio rendszereit abban, hogy gyorsabban készítsenek alkatrészeket ugyanazzal az energiával. Ennek eredményeként nemcsak gyorsabb gyártási ciklusok jönnek létre, hanem a folyamat környezetbarátabbá is válik.
Bővített anyagkompatibilitás
A hagyományos lézerhullámhosszak gyakran korlátozzák a nyomtatható fémek körét. A kék lézerek azonban jelentősen szélesítik az anyagkompatibilitást. A különböző fémek jobb fényelnyelése révén a kék lézerek támogatják a szélesebb anyagválasztékot, lehetővé téve a gyártók számára, hogy nehezen megmunkálható fémeket nyomtassanak, valamint új ötvözeteket és kompozitokat fedezzenek fel. Ez a sokoldalúság nagyobb kreativitást és innovációt enged meg a különböző iparágak alkalmazásaiban.
TIPP: Fedezze fel, hogyan segíthet a Meltio egyedülálló technológiája a gyártási igényei kielégítésében.
6. Következtetés
Míg a szabványosított száloptikás lézer, feldolgozó optikákkal párosítva, továbbra is megbízható választás sok ipari alkalmazás számára, az olyan speciális folyamatok, mint a lézeres huzaldepózíció, jelentős előnyöket húzhatnak a testreszabott lézerrendszerekből, mint amilyeneket a Meltio fejlesztett. A lézersugarak közvetlen előállítása és a lézerforrás integrálása a feldolgozó fejbe lehetővé teszi a jobb teljesítmény elérését, a fényvisszaverő anyagok feldolgozását, az energiahatékonyság javítását és a biztonság növelését, mindezt költséghatékony módon.
A kék lézerek ígérete, annak ellenére, hogy jelenleg magas költséggel járnak, hangsúlyozza a lehetőséget a további innovációra és optimalizálásra az ipari lézerrendszerek, folyamat-specifikus alkalmazások számára.
A MELTIO 3D nyomtatási technológia kizárólagos forgalmazója Magyarországon a Büttner Kft.
További információ: www.buttner.hu, e-mail: meltio@buttner.hu