1. Co to jest wytwarzanie przyrostowe?

Produkcja przyrostowa Drukowanie 3D 1
Druk 3D w produkcji przyrostowej

Wytwarzanie przyrostowe, inaczej zwane drukowaniem 3D lub szybkim prototypowaniem, to proces budowania trójwymiarowego obiektu z modelu projektowania wspomaganego komputerowo (CAD). Osadzana jest warstwa po warstwie materiału i działa to niezależnie od materiału, kształtu i rozmiaru.

Procedura ta jest postępem technologicznym, który zmienia podejście do produkcji przemysłowej poprzez wspomaganie budowy lżejszych i mocniejszych części. Wytwarzanie przyrostowe może być również stosowane do powlekania i naprawy części o wysokich wymaganiach materiałowych.

Nie ma ograniczeń, jeśli chodzi o design. Funkcje, które nie są praktyczne przy konwencjonalnej produkcji, można osiągnąć za pomocą wytwarzania addytywnego.

Wytwarzanie przyrostowe przynosi również wiele korzyści, pomagając kształtować lepsze perspektywy dla przemysłu wytwórczego.

 

Druk 3D w produkcji przyrostowej

Zrównoważony rozwój i możliwość dostosowania to także niektóre zalety wytwarzania przyrostowego. Ilość materiału użytego do wytworzenia przedmiotów jest bardzo specyficzna, ponieważ przedmioty są produkowane precyzyjnie, co oznacza niewielkie lub żadne marnotrawstwo materiału.

Produkcja przyrostowa tworzy również produkty, które są wysoce konfigurowalne i można je elastycznie dostosowywać do własnych potrzeb.

Jest to zatem obiecująca technologia, która umożliwia konstruowanie skomplikowanych obiektów geometrycznych przy mniejszej ingerencji fizycznej i wysokiej wydajności materiałowej.

2. Spawanie laserowe w produkcji przyrostowej

Proces wytwarzania przyrostowego jest również zwykle wykonywany przez system znany jako system spawania laserowego.

Ponieważ zastosowanie źródła ciepła do budowy części metalowych metodą wytwarzania przyrostowego staje się coraz bardziej powszechne, spawanie laserowe okazuje się do tego idealnym narzędziem. Surowce w postaci proszku lub drutu są topione lub spiekane przy użyciu skoncentrowanego źródła ciepła do produkcji części.

Systemy proszkowe są bardziej popularne niż systemy drutowe i są częściej stosowane w przemyśle. Ten pierwszy oferuje również wyższą dokładność geometryczną, ale niższe szybkości osadzania w porównaniu z drugim.

Wytwarzanie przyrostowe z wykorzystaniem spawania laserowego można podzielić na dwie technologie – laserowe osadzanie metali i laserowe łączenie metali. Laserowe osadzanie metalu działa na zasadzie osadzania proszku metalowego za pomocą dyszy i użycia lasera do wytworzenia jeziorka spawalniczego na powierzchni, połączenie obu tych elementów daje struktury po schłodzeniu.

Podczas gdy laserowa fuzja metalu tworzy produkt warstwa po warstwie w łożu proszku, gdy laser topi metaliczny proszek w pozycjach określonych przez model CAD.

3. Plusy i minusy wytwarzania przyrostowego z wykorzystaniem spawania laserowego

Zaletą stosowania sprzętu do spawania laserowego w produkcji addytywnej jest zmniejszenie zapotrzebowania na niestandardowe komponenty, a także elastyczność i modułowość konstrukcji systemu. Jednak główne problemy, które się z tym wiążą, to sterowanie systemem i praca automatyki.

Do tej pory próby osadzania drutu w strukturze warstwa po warstwie nadal stanowią niestabilną i trudną do wykonania procedurę. Wymaga to większej stabilności systemu sterowania w utrzymywaniu właściwej szybkości podawania drutu, odpowiedniej intensywności lasera i prawidłowego pozycjonowania głowicy do powierzchni.

Pożądany jest stabilny przepływ surowca do powierzchni, aby zapewnić, że materiał topi się gładko i tworzy równą ścieżkę po zestaleniu. 

Teraz, gdy przedstawiliśmy, w jaki sposób spawanie laserowe może być wykorzystywane w produkcji addytywnej, czytaj dalej, aby dowiedzieć się więcej o spawaniu laserowym, a także o oferowanych przez nas produktach.

4. Co to jest spawanie laserowe?

Spawanie laserowe to proces łączenia metalu lub tworzyw termoplastycznych za pomocą wiązki laserowej. Wiązka zapewnia skoncentrowane źródło ciepła w niektórych punktach, co powoduje, że materiał wypełniający topi się i stapia z powierzchnią. Po schłodzeniu tworzy się wtedy mocna spoina pomiędzy dwoma sekcjami.

Ścieżka spawania laserowego a ołów
Szlak vs. Ołów

Jak wspomniano, powszechne typy materiałów wsadowych obejmują podawanie proszku i podawanie drutu.

Podawanie proszku wykorzystuje sproszkowany stop metali, który jest dostarczany bezpośrednio z głowicy przetwarzającej do centralnego punktu ścieżki wiązki. Proszek następnie upłynnia się w miejscu ze względu na wysoką energię cieplną i wytwarza małą kałużę stopionego materiału (wypełniacza).

Po schłodzeniu wypełniacza tworzy się spoina, a nadmiar proszku jest odciągany do ponownego użycia przez system ssący, który jest wyposażony w maszynę.

Podawanie drutu działa podobnie, używając drutu ze stopu metalu zamiast proszku. Drut jest kierowany do punktu interakcji między wiązką lasera a powierzchnią. Podobnie drut topi się pod wpływem wysokiej temperatury i tworzy spoinę.

Oprócz rodzaju użytego materiału ważna jest również pozycja, w jakiej jest on umieszczony. Istnieją dwa rodzaje konfiguracji jego pozycjonowania, a mianowicie posuw końcowy i posuw wiodący.

Posuw wiodący odnosi się do sytuacji, gdy materiał wypełniający jest umieszczany za wiązką lasera, gdzie jeziorko jest już w pełni rozwinięte, podczas gdy posuw wiodący ma miejsce, gdy materiał wypełniający znajduje się przed wiązką lasera i jest podawany do przedniej krawędzi jeziorka spawalniczego.

Standardową praktyką jest podawanie materiału z przodu, ponieważ ciągnący dosuw powoduje niepełne wymieszanie materiału z już rozwiniętą sadzawką.

Kąt, pod jakim dostarczany jest materiał, również odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu pomyślnego wykonania spoiny. Normalną praktyką byłoby podawanie go pod kątem 45° od pionu, jednak można również stosować kąty od 30° do 60°.

Kąty mniejsze niż 30° spowodują, że materiał nałoży się na dużą część wiązki laserowej, co z kolei spowoduje stopienie i odparowanie materiału bez łączenia się z jeziorkiem, a kąty powyżej 60° utrudniają pozycjonowanie drutu z osią wiązki.

W ten sposób 45° pomaga uprościć możliwe komplikacje.

4.1 Zasada działania

Wiązki ze źródła laserowego są przepuszczane przez soczewkę kolimacyjną, która emituje wiązkę ustawioną równolegle. Następnie dociera do zwierciadła dichroicznego, miejsca styku dwóch części – wizjera i skolimowanego źródła laserowego.

Lustro posiada cienkowarstwowy filtr, który odbija i/lub przepuszcza światło w zależności od jego długości fali.

W przypadku obrazu zwierciadło odbija światło, które jest przeznaczone do wyprowadzenia na wizjer, umożliwiając jednocześnie przekazywanie lasera zgodnie z jego przeznaczeniem na powierzchni roboczej.

Soczewka skupiająca następnie skupia laser na jego ogniskowej, która znajduje się na tym samym poziomie co powierzchnia robocza. Wiązka następnie topi materiał wypełniający na powierzchni roboczej i powoduje stopienie obu.

Pokrętła regulacyjne pozwalają na subtelne zmiany wysokości i ostrości soczewki ogniskującej lub na zwiększenie i zmniejszenie współczynnika kolimacji.

Złącze pomaga podłączyć laser do głowicy spawalniczej, a na rynku dostępnych jest wiele typów złączy, takich jak głowica kwarcowa (QBH), D80, LLK-B i SMA905.

Odpady i żużel spawalniczy są powszechnymi produktami ubocznymi spawania. Aby zapobiec ich przedostawaniu się do głowicy spawalniczej, szklane okienko działa jak szczelina między optycznymi częściami głowicy spawalniczej a powierzchnią roboczą. Okno ma konstrukcję w stylu szuflady, która pozwala na łatwą wymianę.

Schemat głowicy spawalniczej ze skanowaniem pojedynczym i obszarowym
Jednopunktowa głowica do spawania laserowego

A Głowica do spawania laserowego składa się również z kilku czujników, które dostarczają pożądanego sprzężenia zwrotnego, aby zamknąć pętlę sterowania procesem.

Czujniki temperatury pomagają monitorować temperaturę głowicy do spawania laserowego i zapewniają, że nie przekroczy ona zakresu temperatur pracy.

Czujniki mocy lasera zapewniają opcję weryfikacji mocy wyjściowej lasera w dowolnym momencie, gdy urządzenie jest w użyciu i porównania jej z akceptowalną wartością. Ta kontrola może wskazać wszelkie problemy występujące w systemie.

Zastosowanie czujnika kamery zostanie dokładniej wyjaśnione w następnej sekcji, w której przedstawimy części używane w systemie spawania laserowego.

W głowicy spawalniczej istnieje również system oczyszczania, a także system chłodzenia. Pierwsza z nich jest dostarczana jako osobna przystawka, która wystrzeliwuje powietrze w miejsce spawania, zapewniając, że żadne zanieczyszczenia nie mieszają się z powierzchnią, podczas gdy druga pomaga schłodzić system.

Niektóre metale i stopy są wrażliwe na obecność gazów i par. Połączenie obu może skutkować niekorzystnymi związkami, które mogą obniżyć jakość spoiny, dlatego ważne jest posiadanie odpowiedniego systemu oczyszczania.

Wreszcie chłodzenie wodne służy do schłodzenia systemu, ponieważ może się on nagrzewać stosunkowo szybko ze względu na proces spawania prowadzony w wysokich temperaturach.

5. Części używane w systemie spawania laserowego

Główne elementy systemu spawania laserowego obejmują laser, zmotoryzowaną prowadnicę i system obrazowania.

5.1 źródło laserowe

W systemie spawalniczym można stosować różne lasery, ale bardziej powszechne są lasery gazowe, lasery na ciele stałym i lasery światłowodowe.

Lasery gazowe wykorzystują mieszaninę gazów, takich jak hel (He), azot (N) i dwutlenek węgla (CO2) jako jego medium laserowe. Lasery te stymulują mieszankę gazów, dostarczając energię z wysokonapięciowych i niskoprądowych źródeł zasilania. Mogą również pracować zarówno w trybie impulsowym, jak i ciągłym.

Femtosekundowy laser światłowodowy Menlo Systems
Femtosekundowy laser światłowodowy

Lasery na ciele stałym wykorzystują nośniki stałe w materiale macierzystym jako medium laserowe. Bardziej powszechnymi mediami stałymi stosowanymi w laserach na ciele stałym, które są odpowiednie do spawania laserowego, są syntetyczne kryształy rubinu (chrom, Cr, w tlenku glinu, Al2O3), neodym w szkle (Nd:szkło) oraz najpopularniejszy neodym w granatach itrowo-aluminiowych (Nd:YAG). Pierwsze dwa typy mogą działać tylko w trybie pulsacyjnym, jednak Nd:YAG może działać zarówno w trybie pulsacyjnym, jak i ciągłym.

Medium laserowym stosowanym w laserze światłowodowym jest samo włókno światłowodowe domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich. Światło jest wytwarzane w światłowodzie i kierowane na powierzchnię za pomocą elastycznego światłowodu, znanego jako „światłowód”.

Lasery światłowodowe stają się coraz bardziej popularne w spawaniu laserowym, ponieważ zapewniają korzyści, których nie są w stanie zapewnić lasery gazowe i na ciele stałym. WSPÓŁ2 lasery mają ograniczoną dokładność, a także wytwarzają niepożądane ciepło, które jest zbyt wysokie w spoinie, podczas gdy lasery Nd:YAG nie mają najbardziej optymalnej prędkości spawania, rozmiaru plamki i zużycia energii elektrycznej. Z drugiej strony lasery światłowodowe mogą zaspokoić te elementy, a oprócz ich elastyczności, jest to lepszy wybór.

Jednocześnie oferujemy różne lasery kompatybilne z głowicą spawalniczą.

5.2 Zmotoryzowany przewodnik

Zmotoryzowana prowadnica łączy głowicę lasera z komputerami procesu spawania za pomocą systemu komputerowego wspomagania wytwarzania (CAM) opartego na projektowaniu wspomaganym komputerowo (CAD). Chociaż spawanie laserowe można wykonać ręcznie, większość systemów jest obecnie zautomatyzowana w celu zwiększenia wydajności.

5.3 System obrazowania

Szybka kamera Mini AX
Kamera o wysokiej prędkości

Większość głowic do spawania laserowego jest wyposażona w urządzenia obrazujące, takie jak kamera CCD i obiektyw CCTV. Można go przymocować do wizjera, aby umożliwić kamerze oglądanie tej samej ścieżki optycznej, którą pokrywa laser. Kamera zapewnia monitorowanie i kontrolę efektów spawania w czasie rzeczywistym.

Oferujemy również różnorodne Szybkie kamery.

6. Rodzaje spawania laserowego

Spawanie laserowe można wykonać na dwa sposoby – przewodowe i zgrzewanie otworów.

6.1 Spawanie przewodowe

W tej metodzie wiązka laserowa ma gęstość mocy, która może nagrzewać powierzchnię materiału, ale nie w takim stopniu, aby odparowywała i wnikała w nią. Dlatego spawanie przewodowe często wykazuje wysoki stosunek szerokości do głębokości.

6.2 Spawanie dziurki od klucza

Ten rodzaj spoiny jest zwykle tworzony przez głowicę spawalniczą znaną jako Głowica do zgrzewania punktowego oraz przy użyciu technologii znanej jako laserowe zgrzewanie punktowe, która polega na spawaniu w jednym punkcie, aby utworzyć pojedynczy punkt zgrzewu za pomocą lasera.

Wiązka laserowa przy spawaniu dziurek od klucza ma zazwyczaj wyższe gęstości mocy, ponieważ musi być skupiona na wystarczająco małym miejscu, aby spowodować nie tylko stopienie powierzchni materiału, ale także odparowanie.

Wiązka następnie penetruje materiał, tworząc pustkę znaną jako „dziurka od klucza”. Otwór jest uszczelniany przez stopiony materiał ciągnący się za laserem, co tworzy niewielką spoinę punktową.

Ta metoda daje również głębokie i wąskie spoiny, w których moc lasera jest proporcjonalna do głębokości wykonanej spoiny. W ten sposób uzyskuje się spoiny o wysokim stosunku głębokości do szerokości.

Schemat głowicy spawalniczej ze skanowaniem pojedynczym i obszarowym 2
Głowica do spawania laserowego skanującego obszar

Inny typ głowicy spawalniczej znany jest jako an Głowica spawalnicza do skanowania powierzchni który spawa w miejscu, w którym chce się pracować na żądanym przedmiocie.

Wykorzystuje głowicę skanującą galvo z umieszczonymi w niej lustrami i soczewkę skanującą (zwykle Obiektyw skanujący F-Theta), aby odchylić i skierować wiązkę lasera na żądany obszar.

7. Aplikacje do spawania laserowego

Spawanie laserowe jest często wykorzystywane w różnych zastosowaniach i branżach. Od przemysłu jubilerskiego po przemysł motoryzacyjny, od mocowania zbiorników ciśnieniowych po sprzęt kolejowy.

7.1 Przemysł samochodowy

Spawanie laserowe Zastosowanie Przemysł motoryzacyjny
Branża motoryzacyjna

W branży motoryzacyjnej spawanie laserowe umożliwia producentom spawanie modułów takich jak elektrozawory, części silników, wtryskiwacze paliwa, części skrzyni biegów, urządzenia klimatyzacyjne oraz wiele innych produktów.

Jego zdolność do spawania części z ograniczonym ciepłem i niewielkimi zniekształceniami sprawia, że ​​spawanie laserowe jest popularnym narzędziem.

7.2 Przemysł jubilerski

Spawanie laserowe jest często stosowane w wielu dziedzinach, takich jak dobieranie złotych lub platynowych końcówek bez konieczności usuwania diamentów z ich pozycji, naprawa biżuterii bez konieczności zdejmowania i ponownego mocowania kamieni, naprawa pasków ze stali nierdzewnej bez wymiany części które odpadły, poprawiają wady produkcyjne i wiele innych.

7.3 Przemysł fotoniczny

Przemysł fotoniczny korzysta ze spawania laserowego do pakowania urządzeń fotonicznych, takich jak diody laserowe, ogniwa słoneczne i fotowoltaiczne oraz diody elektroluminescencyjne, a także wykorzystuje źródło lasera Nd:YAG.

Urządzenia te są powszechnie stosowane w telekomunikacji w przemyśle wojskowym, co wymaga od nich długiej żywotności w niesprzyjających warunkach środowiskowych.

Dlatego urządzenia fotoniczne, które są zamknięte w metalowych obudowach hybrydowych, wymagają mocnych połączeń i hermetycznych uszczelnień, które można uzyskać za pomocą spawania laserowego.

7.4 Przemysł elektroniczny

Popularnym wyborem jest technika spawania laserowego i zgrzewania punktowego, ponieważ jej precyzja umożliwia łączenie małych punktów i wąskich szwów w miniaturowych elementach elektrycznych. Typowe zastosowania obejmują zespoły przemysłowe, które wymagają wysokiej dokładności i hermetycznych uszczelnień, które są wrażliwe na ciśnienie.

7.5 Przemysł medyczny

Zastosowanie spawania laserowego Przemysł medyczny
Przemysł medyczny

I wreszcie, spawanie laserowe jest powszechnie stosowane do produkcji urządzeń medycznych i często wykorzystuje laser światłowodowy. Pomoce medyczne są zwykle wykonane z kilku metali, które są ze sobą spawane.

Te metale mogą mieć różne właściwości, co sprawia, że ​​ich łączenie jest wyzwaniem, ale lasery światłowodowe zapewniają tworzenie mocnego połączenia spawanego. Niektóre wynalezione urządzenia obejmują defibrylatory, aparaty ortodontyczne, cewniki, rozruszniki serca, aparaty słuchowe, protezy i narzędzia chirurgiczne.   

Głowica do zgrzewania punktowego jest stosowany głównie w przemyśle jubilerskim do naprawy elementów wykonanych ze złota i srebra, w przemyśle dentystycznym do naprawy protez, a także do spawania tworzyw sztucznych.

Głowica spawalnicza do skanowania powierzchni jest stosowany w przemyśle elektronicznym do budowy telefonów komórkowych i innych metalowych elementów elektrycznych, komponentów elektronicznych oraz w przemyśle medycznym do produkcji urządzeń medycznych, tworzyw sztucznych i oprzyrządowania.

8. Kupowanie niezawodnej głowicy do spawania laserowego

Optyka laserowa Głowica do spawania laserowego Miniatura społecznościowa
Głowica do spawania laserowego

Teraz, gdy już wiesz, czym jest głowica do spawania laserowego i jakie są jej zastosowania, powinieneś wiedzieć, gdzie kupić wysokiej jakości. Oczywiście możesz kupić jakość Laser Głowica spawalnicza od nas.

Wavelength Opto-Electronic oferujemy głowice spawalnicze w kilku wersjach, które mogą być używane do różnych zastosowań. Produkty można również dostosować do własnych potrzeb technicznych.

Tę stronę najlepiej oglądać w przeglądarce Chrome/Firefox/Safari.
Szczęśliwego chińskiego nowego roku!
Wychodzimy od 29 stycznia do 6 lutego, ale nasza strona internetowa działa 24/7.
Napisz do nas zapytanie, a po powrocie odpowiemy 😎.