ലോഹ ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണത്തിൽ ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പ്രയോഗം

ഉയർന്ന നിർമ്മാണ കൃത്യത, ശക്തമായ വഴക്കം, ഉയർന്ന തോതിലുള്ള ഓട്ടോമേഷൻ എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുള്ള ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ (AM) സാങ്കേതികവിദ്യ, ഓട്ടോമോട്ടീവ്, മെഡിക്കൽ, എയ്‌റോസ്‌പേസ് തുടങ്ങിയ മേഖലകളിലെ പ്രധാന ഘടകങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു (ഉദാഹരണത്തിന് റോക്കറ്റ് ഇന്ധന നോസിലുകൾ, സാറ്റലൈറ്റ് ആന്റിന ബ്രാക്കറ്റുകൾ, ഹ്യൂമൻ ഇംപ്ലാന്റുകൾ മുതലായവ). മെറ്റീരിയൽ ഘടനയുടെയും പ്രകടനത്തിന്റെയും സംയോജിത നിർമ്മാണത്തിലൂടെ അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ സംയോജിത പ്രകടനം ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് വളരെയധികം മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും. നിലവിൽ, ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യ സാധാരണയായി ഉയർന്ന കേന്ദ്രവും താഴ്ന്ന എഡ്ജ് ഊർജ്ജ വിതരണവുമുള്ള ഒരു ഫോക്കസ്ഡ് ഗൗസിയൻ ബീം സ്വീകരിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഇത് പലപ്പോഴും ഉരുകുന്നതിൽ ഉയർന്ന താപ ഗ്രേഡിയന്റുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, ഇത് സുഷിരങ്ങളുടെയും പരുക്കൻ ധാന്യങ്ങളുടെയും തുടർന്നുള്ള രൂപീകരണത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പുതിയ രീതിയാണ്, ഇത് ലേസർ ബീം ഊർജ്ജത്തിന്റെ വിതരണം ക്രമീകരിച്ചുകൊണ്ട് പ്രിന്റിംഗ് കാര്യക്ഷമതയും ഗുണനിലവാരവും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.

പരമ്പരാഗത കുറയ്ക്കലുകളും തത്തുല്യമായ നിർമ്മാണങ്ങളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ലോഹ സങ്കലന നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ഹ്രസ്വ നിർമ്മാണ ചക്ര സമയം, ഉയർന്ന പ്രോസസ്സിംഗ് കൃത്യത, ഉയർന്ന മെറ്റീരിയൽ ഉപയോഗ നിരക്ക്, ഭാഗങ്ങളുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള മികച്ച പ്രകടനം തുടങ്ങിയ ഗുണങ്ങളുണ്ട്. അതിനാൽ, എയ്‌റോസ്‌പേസ്, ആയുധങ്ങൾ, ഉപകരണങ്ങൾ, ആണവോർജ്ജം, ബയോഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസ്, ഓട്ടോമൊബൈലുകൾ തുടങ്ങിയ വ്യവസായങ്ങളിൽ ലോഹ സങ്കലന നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഡിസ്‌ക്രീറ്റ് സ്റ്റാക്കിംഗിന്റെ തത്വത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ലോഹ സങ്കലന നിർമ്മാണം പൊടിയോ വയർ അല്ലെങ്കിൽ ഉരുകാൻ ഒരു ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സ് (ലേസർ, ആർക്ക് അല്ലെങ്കിൽ ഇലക്ട്രോൺ ബീം പോലുള്ളവ) ഉപയോഗിക്കുന്നു, തുടർന്ന് ലക്ഷ്യ ഘടകം നിർമ്മിക്കാൻ അവയെ പാളികളായി അടുക്കുന്നു. ചെറിയ ബാച്ചുകൾ, സങ്കീർണ്ണമായ 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. മുകളിൽ പറഞ്ഞ ഗുണങ്ങൾ കാരണം, അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യ ആഭ്യന്തരമായും അന്തർദേശീയമായും പണ്ഡിതരിൽ നിന്ന് വ്യാപകമായ ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു. കഴിഞ്ഞ കുറച്ച് ദശകങ്ങളിൽ, അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള പുരോഗതി കൈവരിച്ചു. ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ ഉപകരണങ്ങളുടെ ഓട്ടോമേഷനും വഴക്കവും, ഉയർന്ന ലേസർ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുടെയും ഉയർന്ന പ്രോസസ്സിംഗ് കൃത്യതയുടെയും സമഗ്രമായ ഗുണങ്ങളും കാരണം, മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ച മൂന്ന് ലോഹ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യകളിൽ ഏറ്റവും വേഗത്തിൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത് ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയാണ്.

ലേസർ ലോഹ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയെ LPBF, DED എന്നിങ്ങനെ വീണ്ടും വിഭജിക്കാം. ചിത്രം 1 LPBF, DED പ്രക്രിയകളുടെ ഒരു സാധാരണ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം കാണിക്കുന്നു. സെലക്ടീവ് ലേസർ മെൽറ്റിംഗ് (SLM) എന്നും അറിയപ്പെടുന്ന LPBF പ്രക്രിയയ്ക്ക്, ഒരു പൗഡർ ബെഡിന്റെ ഉപരിതലത്തിൽ ഒരു നിശ്ചിത പാതയിലൂടെ ഉയർന്ന ഊർജ്ജമുള്ള ലേസർ ബീമുകൾ സ്കാൻ ചെയ്തുകൊണ്ട് സങ്കീർണ്ണമായ ലോഹ ഘടകങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയും. തുടർന്ന്, പൊടി ഓരോ പാളിയായി ഉരുകുകയും ദൃഢമാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. DED പ്രക്രിയയിൽ പ്രധാനമായും രണ്ട് പ്രിന്റിംഗ് പ്രക്രിയകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു: ലേസർ മെൽറ്റിംഗ് ഡിപ്പോസിഷൻ, ലേസർ വയർ ഫീഡിംഗ് അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണം. ഈ രണ്ട് സാങ്കേതികവിദ്യകൾക്കും ലോഹ പൊടിയോ വയർ സിൻക്രണസ് ആയി നൽകുന്നതിലൂടെ ലോഹ ഭാഗങ്ങൾ നേരിട്ട് നിർമ്മിക്കാനും നന്നാക്കാനും കഴിയും. LPBF നെ അപേക്ഷിച്ച്, DED ന് ഉയർന്ന ഉൽപ്പാദനക്ഷമതയും വലിയ നിർമ്മാണ വിസ്തീർണ്ണവുമുണ്ട്. കൂടാതെ, ഈ രീതിക്ക് സംയോജിത വസ്തുക്കളും പ്രവർത്തനപരമായി ഗ്രേഡുചെയ്‌ത വസ്തുക്കളും സൗകര്യപ്രദമായി തയ്യാറാക്കാനും കഴിയും. എന്നിരുന്നാലും, DED അച്ചടിക്കുന്ന ഭാഗങ്ങളുടെ ഉപരിതല ഗുണനിലവാരം എല്ലായ്പ്പോഴും മോശമാണ്, കൂടാതെ ലക്ഷ്യ ഘടകത്തിന്റെ ഡൈമൻഷണൽ കൃത്യത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് തുടർന്നുള്ള പ്രോസസ്സിംഗ് ആവശ്യമാണ്.

നിലവിലെ ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിൽ, ഫോക്കസ് ചെയ്ത ഗൗസിയൻ ബീം സാധാരണയായി ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സാണ്. എന്നിരുന്നാലും, അതിന്റെ അതുല്യമായ ഊർജ്ജ വിതരണം (ഉയർന്ന മധ്യഭാഗം, താഴ്ന്ന അറ്റം) കാരണം, ഇത് ഉയർന്ന താപ ഗ്രേഡിയന്റുകൾക്കും മെൽറ്റ് പൂളിന്റെ അസ്ഥിരതയ്ക്കും കാരണമാകും. അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ മോശം രൂപീകരണ ഗുണനിലവാരത്തിന് കാരണമാകുന്നു. കൂടാതെ, ഉരുകിയ കുളത്തിന്റെ മധ്യ താപനില വളരെ ഉയർന്നതാണെങ്കിൽ, അത് കുറഞ്ഞ ദ്രവണാങ്ക ലോഹ മൂലകങ്ങൾ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടാൻ ഇടയാക്കും, ഇത് LBPF പ്രക്രിയയുടെ അസ്ഥിരതയെ കൂടുതൽ വഷളാക്കും. അതിനാൽ, പോറോസിറ്റി വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളും ക്ഷീണ ആയുസ്സും ഗണ്യമായി കുറയുന്നു. ഗൗസിയൻ ബീമുകളുടെ അസമമായ ഊർജ്ജ വിതരണം കുറഞ്ഞ ലേസർ ഊർജ്ജ ഉപയോഗ കാര്യക്ഷമതയിലേക്കും അമിതമായ ഊർജ്ജ മാലിന്യത്തിലേക്കും നയിക്കുന്നു. മികച്ച പ്രിന്റിംഗ് ഗുണനിലവാരം കൈവരിക്കുന്നതിന്, ഊർജ്ജ ഇൻപുട്ടിന്റെ സാധ്യത നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനായി, ലേസർ പവർ, സ്കാനിംഗ് വേഗത, പൗഡർ ലെയർ കനം, സ്കാനിംഗ് തന്ത്രം തുടങ്ങിയ പ്രോസസ് പാരാമീറ്ററുകൾ പരിഷ്കരിച്ചുകൊണ്ട് ഗൗസിയൻ ബീമുകളുടെ വൈകല്യങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നതിനെക്കുറിച്ച് പണ്ഡിതന്മാർ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യാൻ തുടങ്ങിയിട്ടുണ്ട്. ഈ രീതിയുടെ വളരെ ഇടുങ്ങിയ പ്രോസസ്സിംഗ് വിൻഡോ കാരണം, നിശ്ചിത ഭൗതിക പരിമിതികൾ കൂടുതൽ ഒപ്റ്റിമൈസേഷന്റെ സാധ്യതയെ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, ലേസർ പവറും സ്കാനിംഗ് വേഗതയും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് ഉയർന്ന നിർമ്മാണ കാര്യക്ഷമത കൈവരിക്കാൻ സഹായിക്കും, പക്ഷേ പലപ്പോഴും പ്രിന്റിംഗ് ഗുണനിലവാരം ത്യജിക്കുന്ന ചെലവിലാണ് ഇത് സംഭവിക്കുന്നത്. സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ബീം ഷേപ്പിംഗ് തന്ത്രങ്ങളിലൂടെ ലേസർ ഊർജ്ജ വിതരണം മാറ്റുന്നത് നിർമ്മാണ കാര്യക്ഷമതയും പ്രിന്റിംഗ് ഗുണനിലവാരവും ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തും, ഇത് ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഭാവി വികസന ദിശയായി മാറിയേക്കാം. ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ സാധാരണയായി ആവശ്യമുള്ള തീവ്രത വിതരണവും പ്രചാരണ സവിശേഷതകളും ലഭിക്കുന്നതിന് ഇൻപുട്ട് ബീമിന്റെ വേവ്ഫ്രണ്ട് വിതരണം ക്രമീകരിക്കുന്നതിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ലോഹ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പ്രയോഗം ചിത്രം 2 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.

ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണത്തിൽ ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പ്രയോഗം

പരമ്പരാഗത ഗൗസിയൻ ബീം പ്രിന്റിംഗിന്റെ പോരായ്മകൾ

ലോഹ ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ, ലേസർ ബീമിന്റെ ഊർജ്ജ വിതരണം അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ ഗുണനിലവാരത്തിൽ കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു. ലോഹ ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ ഉപകരണങ്ങളിൽ ഗൗസിയൻ ബീമുകൾ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, അസ്ഥിരമായ പ്രിന്റിംഗ് ഗുണനിലവാരം, കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജ ഉപയോഗം, അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിലെ ഇടുങ്ങിയ പ്രോസസ് വിൻഡോകൾ തുടങ്ങിയ ഗുരുതരമായ പോരായ്മകൾ അവ അനുഭവിക്കുന്നു. അവയിൽ, പൊടിയുടെ ഉരുകൽ പ്രക്രിയയും ലോഹ ലേസർ അഡിറ്റീവ് പ്രക്രിയയ്ക്കിടെ ഉരുകിയ പൂളിന്റെ ചലനാത്മകതയും പൊടി പാളിയുടെ കനവുമായി അടുത്ത ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. പൊടി തെറിക്കുന്നതും മണ്ണൊലിപ്പ് മേഖലകളും ഉള്ളതിനാൽ, പൊടി പാളിയുടെ യഥാർത്ഥ കനം സൈദ്ധാന്തിക പ്രതീക്ഷയേക്കാൾ കൂടുതലാണ്. രണ്ടാമതായി, നീരാവി നിര പ്രധാന ബാക്ക്‌വേർഡ് ജെറ്റ് സ്പ്ലാഷുകൾക്ക് കാരണമായി. ലോഹ നീരാവി പിൻ ഭിത്തിയുമായി കൂട്ടിയിടിച്ച് സ്പ്ലാഷുകൾ ഉണ്ടാക്കുന്നു, അവ ഉരുകിയ പൂളിന്റെ കോൺകേവ് ഏരിയയിലേക്ക് ലംബമായി മുൻവശത്തെ ഭിത്തിയിൽ സ്പ്രേ ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം 3 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ). ലേസർ ബീമും സ്പ്ലാഷുകളും തമ്മിലുള്ള സങ്കീർണ്ണമായ ഇടപെടൽ കാരണം, എജക്റ്റ് ചെയ്ത സ്പ്ലാഷുകൾ തുടർന്നുള്ള പൊടി പാളികളുടെ പ്രിന്റിംഗ് ഗുണനിലവാരത്തെ സാരമായി ബാധിക്കും. കൂടാതെ, മെൽറ്റ് പൂളിലെ കീഹോളുകളുടെ രൂപീകരണം അച്ചടിച്ച ഭാഗങ്ങളുടെ ഗുണനിലവാരത്തെയും സാരമായി ബാധിക്കുന്നു. അച്ചടിച്ച ഭാഗത്തിന്റെ ആന്തരിക സുഷിരങ്ങൾ പ്രധാനമായും അസ്ഥിരമായ ലോക്കിംഗ് ദ്വാരങ്ങൾ മൂലമാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്.

ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ വൈകല്യങ്ങളുടെ രൂപീകരണ സംവിധാനം

ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ഒരേസമയം ഒന്നിലധികം മാനങ്ങളിൽ പ്രകടന മെച്ചപ്പെടുത്തൽ കൈവരിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് മറ്റ് മാനങ്ങൾ ത്യജിച്ച് ഒരു മാനത്തിൽ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്ന ഗൗസിയൻ ബീമുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമാണ്. ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് മെൽറ്റ് പൂളിന്റെ താപനില വിതരണവും ഫ്ലോ സവിശേഷതകളും കൃത്യമായി ക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയും. ലേസർ ഊർജ്ജത്തിന്റെ വിതരണം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിലൂടെ, ചെറിയ താപനില ഗ്രേഡിയന്റുള്ള താരതമ്യേന സ്ഥിരതയുള്ള ഒരു ഉരുകിയ കുളം ലഭിക്കും. പോറോസിറ്റി, സ്പട്ടറിംഗ് വൈകല്യങ്ങൾ എന്നിവ അടിച്ചമർത്തുന്നതിനും ലോഹ ഭാഗങ്ങളിൽ ലേസർ പ്രിന്റിംഗിന്റെ ഗുണനിലവാരം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും ഉചിതമായ ലേസർ ഊർജ്ജ വിതരണം ഗുണം ചെയ്യും. ഉൽപ്പാദന കാര്യക്ഷമതയിലും പൊടി ഉപയോഗത്തിലും ഇത് വിവിധ മെച്ചപ്പെടുത്തലുകൾ കൈവരിക്കും. അതേസമയം, ബീം ഷേപ്പിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ നമുക്ക് കൂടുതൽ പ്രോസസ്സിംഗ് തന്ത്രങ്ങൾ നൽകുന്നു, ലേസർ അഡിറ്റീവ് നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയിലെ വിപ്ലവകരമായ പുരോഗതിയായ പ്രക്രിയ രൂപകൽപ്പനയുടെ സ്വാതന്ത്ര്യത്തെ വളരെയധികം സ്വതന്ത്രമാക്കുന്നു.