La fotocamera a infrarossi ottimizza la stampa 3D Laser Powder Bed Fusion
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Scopri i vantaggi della fusione laser delle polveri metalliche: Il 3D Stampa dei metalli sta diventando sempre più popolare. In particolare, fusione del raggio laser a letto di polvere o Fusione a letto di polvere laser (LPBF) consente strutture delicate e molto complesse e apre sempre nuove applicazioni. La qualità del processo dipende fortemente dalle giuste temperature. Per misurarlo, gli scienziati usano Fraunhofer ILT un telecamera a infrarossi di Optris.
contenuto
- Fusione laser strato dopo strato
- Modifica dell'emissività
- Le immagini termografiche possono essere facilmente valutate
- Domande frequenti
Fusione laser strato dopo strato
L´ Fusione con raggio laser basata su letto di polvere, Inglese La Laser Powder Bed Fusion (LPBF) è da oltre 25 anni uno dei processi più promettenti produzione additiva di metalli. È stato sviluppato e brevettato nel 1996 presso l'Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT. L’innovativo processo di stampa 3D può essere utilizzato per produrre componenti con geometrie complesse. L'LPBF è molto preciso e consente di realizzare pezzi che non sarebbero affatto possibili con i metodi sottrattivi.
LPBF – La procedura
La fusione laser LPBF inizia con a polvere fine, che è distribuito in strati sottili su una piastra di base. Un raggio laser controllato con precisione scioglie quindi le aree mirate della polvere per costruire strato dopo strato il componente desiderato.
Dopo che il materiale si è raffreddato, viene creato uno strato solido che costituisce la base per lo strato successivo. Dopo un turno il Piastra di base abbassata e viene applicato un altro strato di polvere. Questo processo viene ripetuto fino a quando la componente tridimensionale è completa e necessita solo di essere rimossa dalla polvere in eccesso.
Con spessori di strato intermedi 10 e 100 µm Questa fusione laser consente una precisione e un'attenzione ai dettagli eccezionali. I componenti risultanti hanno un'impressionante densità specifica fino al 100%, il che significa che le loro proprietà meccaniche non sono in alcun modo inferiori alle parti prodotte per sottrazione. Questa alta qualità rende LPBF ideale per la prototipazione rapida e le piccole serie dove la precisione e la qualità dei materiali sono cruciali.
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Sebbene la velocità di produzione di LPBF sia più lenta rispetto ai processi di produzione tradizionali come SLM, i vantaggi in termini di flessibilità, precisione e varietà di materiali superano gli svantaggi. Apertura della LPBF nuovi orizzonti nello sviluppo del prodotto e offre soluzioni innovative per progetti complessi.
Studi di fattibilità innovativi
Il rinomato Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT guida continuamente l’innovazione nel campo della produzione additiva. In collaborazione con i principali operatori del settore, vengono condotti studi di fattibilità innovativi che ampliano i confini della tecnologia di fusione laser. Un focus particolare è rivolto alla produzione di geometrie complesse e alla ricerca di nuovi materiali.
Tim Lantzsch, capo del dipartimento Laser Powder Bed Fusion presso Fraunhofer ILT, commenta: “I progetti attuali, ad esempio, prevedono l’utilizzo di metalli con un alto punto di fusione, come il tungsteno o il molibdeno. Tuttavia, questi sono difficili da elaborare in modo affidabile a causa dell'elevato punto di fusione, talvolta superiore a 3000 °C." Per portare avanti progetti di ricerca simili e simili, il Fraunhofer ILT gestisce diversi laboratori LPBF.
Misura importante: la temperatura
Nel sofisticato processo di stampa 3D di Laser Powder Bed Fusion (LPBF). temperatura corretta un fattore decisivo per la qualità dei prodotti finali. Il laser nei sistemi LPBF riscalda il materiale in modo estremamente rapido, a velocità fino a 1 milione di K/s, seguito da un raffreddamento altrettanto rapido.
Tuttavia, questi cambiamenti estremi di temperatura possono portare a stress dei materiali, ritiro, trasformazioni di fase e altri effetti fisici che possono influenzare la qualità dei componenti. "Crespature e deformazioni plastiche sono problemi tipici che alla fine possono portare a scarti", spiega Tim Lantzsch.
Per superare queste sfide, Fraunhofer ILT ha sviluppato soluzioni innovative. "Ad esempio, riscaldiamo la piastra di base per ridurre al minimo le sollecitazioni causate da eccessivi gradienti di temperatura", afferma Andreas Vogelpot, specialista in Ingegneria di Processo e di Sistema.
La temperatura ottimale della piastra di base dipende dal materiale in questione e deve essere attentamente regolata durante l'intero processo. “La distanza dalla piastra di base riscaldata aumenta da uno strato all'altro Letto in polvere è un cattivo conduttore di calore, le radiazioni svolgono un ruolo importante e ovviamente anche il laser apporta calore”, afferma Vogelpoth.
Di conseguenza, il riscaldamento deve essere regolato man mano che il processo procede. Questa regolazione continua del riscaldamento durante il processo LPBF garantisce che i componenti siano fabbricati con la massima qualità possibile e che il rischio di difetti e scarti sia ridotto al minimo.
Per ottimizzare questo processo è necessario un monitoraggio preciso delle temperature. Per fare ciò, i ricercatori utilizzano una telecamera a infrarossi Digitare PI640 da Optris, che può misurare temperature fino a 1500 °C. La telecamera IR è montata all'esterno della camera di processo, nella quale è integrata una finestra in seleniuro di zinco. La telecamera a infrarossi compatta può essere facilmente montata sopra la finestra. Con una risoluzione di 640 x 480 pixel è in grado di risolvere anche strutture di componenti più piccole.
Modifica dell'emissività
La misurazione precisa della temperatura svolge un ruolo cruciale nel processo di produzione additiva, in particolare nella Laser Powder Bed Fusion (LPBF). “Ad esempio, l’emissività della polvere e del solido dello stesso metallo sono diverse e c’è una dipendenza da questo finitura superficialedice Andreas Vogelpoth.
Per superare questa sfida, Fraunhofer ILT ampia serie di test effettuato in cui la temperatura è stata misurata utilizzando sia termocamere ad infrarossi che termocoppie. Soprattutto durante la costruzione dei componenti, la telecamera a infrarossi fornisce dati importanti sulla temperatura del materiale dopo che il bagno di fusione si è nuovamente solidificato. Controllata tramite un'interfaccia digitale, la fotocamera effettua le misurazioni subito dopo la disattivazione del laser e prima dell'applicazione di un nuovo strato di polvere.
Queste misurazioni forniscono informazioni preziose su vari aspetti effetti termici, ad esempio il comportamento di raffreddamento dopo il processo di fusione e la dissipazione del calore attraverso il letto di polvere. Questi dati consentono di regolare il controllo del riscaldamento del componente per ottimizzare la qualità del prodotto finale ed evitare la produzione di parti difettose.
Le immagini termografiche possono essere facilmente valutate
La telecamera a infrarossi PI640 di Optris ha un'interfaccia USB collegato a un PC, sul quale è installato il software di analisi PIX Connect appositamente sviluppato. Questa termocamera consente un'analisi precisa ed efficiente in tempo reale delle immagini termografiche.
* Software PIX Connect, fornito di serie con le telecamere a infrarossi Optris, offre ampie funzioni per l'acquisizione e l'analisi delle immagini, nonché per l'archiviazione delle registrazioni. Andreas Vogelpoth sottolinea l'importanza del formato aperto per l'archiviazione delle immagini, che consente un'integrazione perfetta in vari sistemi e una facile ulteriore elaborazione dei dati. Inoltre, l'interfaccia intuitiva di PIX Connect rende molto più semplice la valutazione delle immagini termografiche.
Esiste da circa cinque anni PI640 utilizzato presso Fraunhofer ILT e lì ha sostituito i pirometri, che consentivano solo misurazioni selettive della temperatura. "Nel complesso, la termocamera a infrarossi di Optris è molto adatta ai nostri scopi", riassume Tim Lantzsch: "È compatta, quindi facile da integrare meccanicamente e facile da usare." Ciò rende la termocamera a infrarossi PI640 uno strumento prezioso per misurazioni precise della temperatura e analisi nella produzione additiva e oltre.
Domande frequenti
Come funziona il processo LPBF?
L´ Fusione a letto di polvere laser (LPBF) è una forma di stampa 3D e consente la produzione additiva di geometrie complesse che sono difficili o impossibili da produrre utilizzando metodi convenzionali. Una volta completato il processo di stampa, la polvere in eccesso viene rimossa e, se necessario, il componente viene rilavorato.
Cos'è la procedura SLM?
SLM significa La fusione laser selettiva è un processo di produzione additiva in cui un laser ad alta precisione fonde la polvere metallica strato dopo strato. Componenti complessi possono essere creati direttamente dai dati CAD. Un disegno digitale viene scomposto in sottili sezioni trasversali, che il laser poi fonde punto per punto e strato dopo strato sulla piattaforma di costruzione. Questo processo consente la produzione di componenti ad alta densità e strutture complesse che spesso non possono essere prodotte utilizzando metodi convenzionali.
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Gli autori sono Andreas Theilacker e Torsten Czech, entrambi ingegneri della Optris GmbH di Berlino.