മെറ്റൽ ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണത്തിൽ ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പ്രയോഗം

ഉയർന്ന ഉൽപ്പാദന കൃത്യത, ശക്തമായ വഴക്കം, ഉയർന്ന തോതിലുള്ള ഓട്ടോമേഷൻ എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുള്ള ലേസർ അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് (എഎം) സാങ്കേതികവിദ്യ, ഓട്ടോമോട്ടീവ്, മെഡിക്കൽ, എയ്‌റോസ്‌പേസ് തുടങ്ങിയ മേഖലകളിലെ (റോക്കറ്റ് പോലുള്ളവ) പ്രധാന ഘടകങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇന്ധന നോസിലുകൾ, സാറ്റലൈറ്റ് ആൻ്റിന ബ്രാക്കറ്റുകൾ, ഹ്യൂമൻ ഇംപ്ലാൻ്റുകൾ മുതലായവ). മെറ്റീരിയൽ ഘടനയുടെയും പ്രകടനത്തിൻ്റെയും സംയോജിത നിർമ്മാണത്തിലൂടെ അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ സംയോജന പ്രകടനം ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും. നിലവിൽ, ലേസർ അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ സാധാരണയായി ഉയർന്ന കേന്ദ്രവും താഴ്ന്ന എഡ്ജ് എനർജി ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷനും ഉള്ള ഒരു ഫോക്കസ്ഡ് ഗാസിയൻ ബീം സ്വീകരിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഇത് പലപ്പോഴും ഉരുകുമ്പോൾ ഉയർന്ന താപ ഗ്രേഡിയൻ്റുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് സുഷിരങ്ങളുടെയും പരുക്കൻ ധാന്യങ്ങളുടെയും തുടർന്നുള്ള രൂപീകരണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കാനുള്ള ഒരു പുതിയ രീതിയാണ് ബീം ഷേപ്പിംഗ് ടെക്നോളജി, ഇത് ലേസർ ബീം ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ വിതരണം ക്രമീകരിക്കുന്നതിലൂടെ പ്രിൻ്റിംഗ് കാര്യക്ഷമതയും ഗുണനിലവാരവും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.

പരമ്പരാഗത വ്യവകലനവും തത്തുല്യമായ നിർമ്മാണവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, മെറ്റൽ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ഹ്രസ്വ നിർമ്മാണ സൈക്കിൾ സമയം, ഉയർന്ന പ്രോസസ്സിംഗ് കൃത്യത, ഉയർന്ന മെറ്റീരിയൽ ഉപയോഗ നിരക്ക്, ഭാഗങ്ങളുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള നല്ല പ്രകടനം തുടങ്ങിയ ഗുണങ്ങളുണ്ട്. അതിനാൽ, എയ്‌റോസ്‌പേസ്, ആയുധങ്ങളും ഉപകരണങ്ങളും, ആണവോർജ്ജം, ബയോഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസ്, ഓട്ടോമൊബൈൽസ് തുടങ്ങിയ വ്യവസായങ്ങളിൽ മെറ്റൽ അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. വ്യതിരിക്തമായ സ്റ്റാക്കിങ്ങിൻ്റെ തത്വത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, പൊടി അല്ലെങ്കിൽ വയർ ഉരുകാൻ മെറ്റൽ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണം ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സ് (ലേസർ, ആർക്ക് അല്ലെങ്കിൽ ഇലക്ട്രോൺ ബീം പോലുള്ളവ) ഉപയോഗപ്പെടുത്തുന്നു, തുടർന്ന് ടാർഗെറ്റ് ഘടകം നിർമ്മിക്കുന്നതിനായി അവയെ ലെയർ തോറും അടുക്കിവയ്ക്കുന്നു. ചെറിയ ബാച്ചുകൾ, സങ്കീർണ്ണ ഘടനകൾ അല്ലെങ്കിൽ വ്യക്തിഗതമാക്കിയ ഭാഗങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിൽ ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് കാര്യമായ ഗുണങ്ങളുണ്ട്. പരമ്പരാഗത സാങ്കേതിക വിദ്യകൾ ഉപയോഗിച്ച് പ്രോസസ്സ് ചെയ്യാൻ കഴിയാത്തതോ ബുദ്ധിമുട്ടുള്ളതോ ആയ വസ്തുക്കളും അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ രീതികൾ ഉപയോഗിച്ച് തയ്യാറാക്കാൻ അനുയോജ്യമാണ്. മേൽപ്പറഞ്ഞ ഗുണങ്ങൾ കാരണം, അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ ആഭ്യന്തരമായും അന്തർദേശീയമായും പണ്ഡിതന്മാരിൽ നിന്ന് വ്യാപകമായ ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു. കഴിഞ്ഞ ഏതാനും ദശകങ്ങളിൽ, അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള പുരോഗതി കൈവരിച്ചു. ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ ഉപകരണങ്ങളുടെ ഓട്ടോമേഷനും ഫ്ലെക്സിബിലിറ്റിയും ഉയർന്ന ലേസർ എനർജി ഡെൻസിറ്റിയുടെയും ഉയർന്ന പ്രോസസ്സിംഗ് കൃത്യതയുടെയും സമഗ്രമായ ഗുണങ്ങൾ കാരണം, മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ച മൂന്ന് മെറ്റൽ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യകളിൽ ഏറ്റവും വേഗതയേറിയത് ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു.

ലേസർ മെറ്റൽ അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയെ എൽപിബിഎഫ്, ഡിഇഡി എന്നിങ്ങനെ വിഭജിക്കാം. LPBF, DED പ്രക്രിയകളുടെ ഒരു സാധാരണ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം ചിത്രം 1 കാണിക്കുന്നു. സെലക്ടീവ് ലേസർ മെൽറ്റിംഗ് (SLM) എന്നും അറിയപ്പെടുന്ന എൽപിബിഎഫ് പ്രക്രിയയ്ക്ക്, ഒരു പൊടി കിടക്കയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ ഒരു നിശ്ചിത പാതയിലൂടെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജമുള്ള ലേസർ ബീമുകൾ സ്കാൻ ചെയ്യുന്നതിലൂടെ സങ്കീർണ്ണമായ ലോഹ ഘടകങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയും. പിന്നെ, പൊടി ഉരുകുകയും പാളികൾ പാളിയായി ദൃഢമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. DED പ്രക്രിയയിൽ പ്രധാനമായും രണ്ട് പ്രിൻ്റിംഗ് പ്രക്രിയകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു: ലേസർ മെൽറ്റിംഗ് ഡിപ്പോസിഷൻ, ലേസർ വയർ ഫീഡിംഗ് അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണം. ഈ രണ്ട് സാങ്കേതികവിദ്യകൾക്കും ലോഹപ്പൊടിയോ വയറോ സമന്വയിപ്പിച്ച് ലോഹ ഭാഗങ്ങൾ നേരിട്ട് നിർമ്മിക്കാനും നന്നാക്കാനും കഴിയും. എൽപിബിഎഫുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഡിഇഡിക്ക് ഉയർന്ന ഉൽപ്പാദനക്ഷമതയും വലിയ ഉൽപ്പാദന മേഖലയുമുണ്ട്. കൂടാതെ, ഈ രീതിക്ക് സംയോജിത മെറ്റീരിയലുകളും പ്രവർത്തനപരമായി ഗ്രേഡുചെയ്‌ത മെറ്റീരിയലുകളും സൗകര്യപ്രദമായി തയ്യാറാക്കാനും കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, DED പ്രിൻ്റ് ചെയ്ത ഭാഗങ്ങളുടെ ഉപരിതല ഗുണനിലവാരം എല്ലായ്പ്പോഴും മോശമാണ്, ടാർഗെറ്റ് ഘടകത്തിൻ്റെ ഡൈമൻഷണൽ കൃത്യത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് തുടർന്നുള്ള പ്രോസസ്സിംഗ് ആവശ്യമാണ്.

നിലവിലെ ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ, ഫോക്കസ് ചെയ്ത ഗാസിയൻ ബീം സാധാരണയായി ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സാണ്. എന്നിരുന്നാലും, അതിൻ്റെ അദ്വിതീയ ഊർജ്ജ വിതരണം (ഉയർന്ന മധ്യഭാഗം, താഴ്ന്ന എഡ്ജ്) കാരണം, അത് ഉയർന്ന താപ ഗ്രേഡിയൻ്റിനും മെൽറ്റ് പൂളിൻ്റെ അസ്ഥിരതയ്ക്കും കാരണമാകും. അതിൻ്റെ ഫലമായി അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ മോശം രൂപീകരണ നിലവാരം. കൂടാതെ, ഉരുകിയ കുളത്തിൻ്റെ മധ്യഭാഗത്തെ താപനില വളരെ ഉയർന്നതാണെങ്കിൽ, അത് താഴ്ന്ന ദ്രവണാങ്കം ലോഹ മൂലകങ്ങളെ ബാഷ്പീകരിക്കാൻ ഇടയാക്കും, ഇത് എൽബിപിഎഫ് പ്രക്രിയയുടെ അസ്ഥിരതയെ കൂടുതൽ വഷളാക്കുന്നു. അതിനാൽ, സുഷിരത്തിൻ്റെ വർദ്ധനവോടെ, അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും ക്ഷീണ ജീവിതവും ഗണ്യമായി കുറയുന്നു. ഗൗസിയൻ ബീമുകളുടെ അസമമായ ഊർജ്ജ വിതരണം കുറഞ്ഞ ലേസർ ഊർജ്ജ വിനിയോഗ കാര്യക്ഷമതയ്ക്കും അമിതമായ ഊർജ്ജ പാഴാക്കലിനും കാരണമാകുന്നു. മികച്ച പ്രിൻ്റിംഗ് നിലവാരം കൈവരിക്കുന്നതിനായി, ഊർജ്ജ ഇൻപുട്ടിൻ്റെ സാധ്യത നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനായി, ലേസർ പവർ, സ്കാനിംഗ് വേഗത, പൊടി പാളിയുടെ കനം, സ്കാനിംഗ് തന്ത്രം തുടങ്ങിയ പ്രോസസ്സ് പാരാമീറ്ററുകൾ പരിഷ്ക്കരിച്ച് ഗൗസിയൻ ബീമുകളുടെ തകരാറുകൾ പരിഹരിക്കാൻ പണ്ഡിതന്മാർ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യാൻ തുടങ്ങി. ഈ രീതിയുടെ വളരെ ഇടുങ്ങിയ പ്രോസസ്സിംഗ് വിൻഡോ കാരണം, ഫിക്സഡ് ഫിസിക്കൽ പരിമിതികൾ കൂടുതൽ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ്റെ സാധ്യതയെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ലേസർ പവറും സ്കാനിംഗ് വേഗതയും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് ഉയർന്ന നിർമ്മാണ കാര്യക്ഷമത കൈവരിക്കും, പക്ഷേ പലപ്പോഴും പ്രിൻ്റിംഗ് ഗുണനിലവാരം ത്യജിക്കുന്നതിനുള്ള ചെലവിൽ വരുന്നു. സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ബീം രൂപപ്പെടുത്തൽ തന്ത്രങ്ങളിലൂടെ ലേസർ ഊർജ്ജ വിതരണം മാറ്റുന്നത് നിർമ്മാണ കാര്യക്ഷമതയും പ്രിൻ്റിംഗ് ഗുണനിലവാരവും ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തും, ഇത് ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഭാവി വികസന ദിശയായി മാറിയേക്കാം. ബീം ഷേപ്പിംഗ് ടെക്നോളജി സാധാരണയായി ഇൻപുട്ട് ബീമിൻ്റെ വേവ്ഫ്രണ്ട് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ ക്രമീകരിക്കുന്നതിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. മെറ്റൽ അഡിറ്റീവ് മാനുഫാക്ചറിംഗ് ടെക്നോളജിയിൽ ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പ്രയോഗം ചിത്രം 2 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.

ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണത്തിൽ ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പ്രയോഗം

പരമ്പരാഗത ഗാസിയൻ ബീം പ്രിൻ്റിംഗിൻ്റെ പോരായ്മകൾ

മെറ്റൽ ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ, ലേസർ ബീമിൻ്റെ ഊർജ്ജ വിതരണം അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ ഗുണനിലവാരത്തിൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു. ലോഹ ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ ഉപകരണങ്ങളിൽ ഗൗസിയൻ ബീമുകൾ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, അസ്ഥിരമായ പ്രിൻ്റിംഗ് ഗുണനിലവാരം, കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജ വിനിയോഗം, സങ്കലന നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ ഇടുങ്ങിയ പ്രോസസ്സ് വിൻഡോകൾ എന്നിവ പോലുള്ള ഗുരുതരമായ പോരായ്മകൾ അവ അനുഭവിക്കുന്നു. അവയിൽ, പൊടിയുടെ ഉരുകൽ പ്രക്രിയയും ലോഹ ലേസർ അഡിറ്റീവ് പ്രക്രിയയിൽ ഉരുകിയ കുളത്തിൻ്റെ ചലനാത്മകതയും പൊടി പാളിയുടെ കനവുമായി അടുത്ത ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. പൊടി തെറിക്കുന്നതും മണ്ണൊലിപ്പ് സോണുകളും ഉള്ളതിനാൽ, പൊടി പാളിയുടെ യഥാർത്ഥ കനം സൈദ്ധാന്തിക പ്രതീക്ഷയേക്കാൾ കൂടുതലാണ്. രണ്ടാമതായി, നീരാവി കോളം പ്രധാന പിന്നോക്ക ജെറ്റ് സ്പ്ലാഷുകൾക്ക് കാരണമായി. ലോഹ നീരാവി പിൻവശത്തെ ഭിത്തിയുമായി കൂട്ടിയിടിച്ച് സ്പ്ലാഷുകൾ രൂപപ്പെടുന്നു, അവ ഉരുകിയ കുളത്തിൻ്റെ കോൺകേവ് ഏരിയയിലേക്ക് ലംബമായി മുൻവശത്തെ ഭിത്തിയിൽ സ്പ്രേ ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം 3 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത് പോലെ). ലേസർ ബീമും സ്പ്ലാഷുകളും തമ്മിലുള്ള സങ്കീർണ്ണമായ ഇടപെടൽ കാരണം, പുറന്തള്ളപ്പെട്ട സ്പ്ലാഷുകൾ തുടർന്നുള്ള പൊടി പാളികളുടെ പ്രിൻ്റിംഗ് ഗുണനിലവാരത്തെ ഗുരുതരമായി ബാധിക്കും. കൂടാതെ, മെൽറ്റ് പൂളിലെ കീഹോളുകളുടെ രൂപവത്കരണവും അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ ഗുണനിലവാരത്തെ സാരമായി ബാധിക്കുന്നു. അച്ചടിച്ച ഭാഗത്തിൻ്റെ ആന്തരിക സുഷിരങ്ങൾ പ്രധാനമായും അസ്ഥിരമായ ലോക്കിംഗ് ദ്വാരങ്ങൾ മൂലമാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്.

ബീം രൂപപ്പെടുത്തുന്ന സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ വൈകല്യങ്ങളുടെ രൂപീകരണ സംവിധാനം

ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ഒരേസമയം ഒന്നിലധികം അളവുകളിൽ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും, ഇത് മറ്റ് അളവുകൾ ത്യജിച്ച് ഒരു മാനത്തിൽ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്ന ഗാസിയൻ ബീമുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമാണ്. ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് മെൽറ്റ് പൂളിൻ്റെ താപനില വിതരണവും ഒഴുക്കിൻ്റെ സവിശേഷതകളും കൃത്യമായി ക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയും. ലേസർ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ വിതരണം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലൂടെ, ചെറിയ താപനില ഗ്രേഡിയൻ്റുള്ള താരതമ്യേന സ്ഥിരതയുള്ള ഉരുകിയ കുളം ലഭിക്കും. ഉചിതമായ ലേസർ ഊർജ്ജ വിതരണം സുഷിരവും സ്‌പട്ടറിംഗ് വൈകല്യങ്ങളും അടിച്ചമർത്തുന്നതിനും ലോഹ ഭാഗങ്ങളിൽ ലേസർ പ്രിൻ്റിംഗിൻ്റെ ഗുണനിലവാരം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും പ്രയോജനകരമാണ്. ഉൽപ്പാദനക്ഷമതയിലും പൊടി വിനിയോഗത്തിലും വിവിധ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ കൈവരിക്കാൻ ഇതിന് കഴിയും. അതേ സമയം, ബീം ഷേപ്പിംഗ് ടെക്നോളജി നമുക്ക് കൂടുതൽ പ്രോസസ്സിംഗ് തന്ത്രങ്ങൾ നൽകുന്നു, ഇത് പ്രോസസ്സ് ഡിസൈനിൻ്റെ സ്വാതന്ത്ര്യത്തെ വളരെയധികം സ്വതന്ത്രമാക്കുന്നു, ഇത് ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ വിപ്ലവകരമായ പുരോഗതിയാണ്.