La technologie sélective de fusion laser (SLM) est devenue une technique de fabrication additive révolutionnaire, permettant la production de pièces métalliques complexes de haute qualité avec d'excellentes propriétés mécaniques. Au cœur de cette technologie se trouve le laser, qui joue un rôle multiforme et crucial. En tant que fournisseur de la technologie SLM, j'ai été témoin de première main la signification des lasers dans ce champ de coupe-bord.
1. Les bases de la technologie SLM
Avant de plonger dans le rôle des lasers, il est essentiel de comprendre les principes fondamentaux de la technologie SLM. SLM est un processus de fabrication additif qui construit une couche d'objets en trois dimensions par couche. Il commence par une fine couche de poudre métallique propagée uniformément sur une plate-forme de construction. Le laser fait ensuite fondre sélectivement la poudre dans des zones spécifiques en fonction d'un modèle numérique, le solidifiant dans la forme souhaitée. Une fois qu'une couche est terminée, la plate-forme de construction diminue, une nouvelle couche de poudre est appliquée et le processus se répète jusqu'à ce que l'objet entier soit formé.
2. Laser comme source d'énergie
Le rôle le plus fondamental du laser dans la technologie SLM est une source d'énergie. Le faisceau laser fournit l'énergie à haute intensité requise pour faire fondre la poudre métallique. Différents métaux ont des points de fusion différents et le laser doit être capable de fournir une énergie suffisante pour atteindre et dépasser ces points de fusion. Par exemple, les alliages de titane, qui sont largement utilisés dans les applications aérospatiales et médicales, ont des points de fusion relativement élevés (vers 1668 ° C). Un laser puissant est nécessaire pour assurer la fusion complète de la poudre de titane, ce qui entraîne une partie dense et de défaut.
La densité d'énergie du faisceau laser est un paramètre critique. Il est défini comme la puissance du laser divisé par la zone de la tache laser sur le lit de poudre. Une densité d'énergie appropriée est nécessaire pour réaliser une bonne fusion et une bonne liaison entre les particules de poudre. Si la densité d'énergie est trop faible, la poudre peut ne pas fondre complètement, entraînant une porosité et des propriétés mécaniques faibles dans la dernière partie. D'un autre côté, si la densité d'énergie est trop élevée, elle peut provoquer la fusion, la balle (formation de boules sphériques de métal fondu au lieu d'une couche continue) et la distorsion de la pièce.
3. Analyse de précision et génération de motifs
Les lasers dans les systèmes SLM sont équipés de miroirs à balayage qui peuvent contrôler avec précision le mouvement du faisceau laser sur le lit de poudre. Cela permet la création de géométries complexes et de détails fins dans les parties imprimées. Le modèle numérique de l'objet est tranché en couches minces, et le système de balayage guide le laser pour tracer la forme de chaque couche sur le lit de poudre.
La vitesse et le chemin de balayage ont également un impact significatif sur la qualité de la partie imprimée. Une vitesse de balayage plus lente permet généralement que plus d'énergie soit déposée par zone unitaire, ce qui peut améliorer la fusion et la liaison de la poudre. Cependant, cela augmente également le temps de construction. Le chemin de balayage doit être soigneusement planifié pour assurer un chauffage et un refroidissement uniformes de la poudre, ce qui réduit le risque de contraintes thermiques et de déformation. Par exemple, un modèle de balayage sinueux ou raster peut être utilisé, mais la direction et le chevauchement des lignes de balayage doivent être optimisés.
4. Interaction des matériaux et contrôle de la microstructure
L'interaction entre le laser et la poudre métallique pendant le processus de fusion influence la microstructure de la partie imprimée. Lorsque le laser fait fondre la poudre, une solidification rapide se produit en raison des taux de refroidissement élevés. Cette solidification rapide peut entraîner des microstructures à grain fine, ce qui entraîne souvent des propriétés mécaniques améliorées telles que une résistance plus élevée et une dureté.
Les paramètres laser peuvent être ajustés pour contrôler le processus de solidification. Par exemple, en modifiant la puissance du laser, la vitesse de balayage et la durée d'impulsion, la vitesse de refroidissement peut être modifiée. Un taux de refroidissement plus lent peut favoriser la croissance de grains plus gros, ce qui peut être bénéfique dans certaines applications où la ductilité est plus importante. En revanche, un taux de refroidissement plus rapide peut produire une microstructure grainée plus fin, améliorer la résistance et la résistance à l'usure.
5. Comparaison avec d'autres technologies de fabrication additive
Par rapport à d'autres technologies de fabrication additive telles queTechnologie DLP,Technologie SLS, etTechnologie FDM, le rôle des lasers dans le SLM est distinct.
- Technologie DLP: La technologie DLP (traitement de la lumière numérique) utilise un projecteur de lumière numérique pour guérir la couche de photopolymères liquides par couche. Au lieu d'un laser, il s'appuie sur une projection légère pour le processus de durcissement. Cette technologie est principalement utilisée pour produire des pièces en plastique avec une finition de surface élevée et une résolution relativement élevée. En revanche, SLM utilise des lasers pour faire fondre des poudres métalliques, permettant la production de pièces métalliques fortes et durables.
- Technologie SLS: SLS (frittage au laser sélectif) utilise également un laser, mais il frise les particules de poudre plutôt que de les fondre complètement. SLS est couramment utilisé pour les matériaux en polymère et en céramique. Le laser dans SLS fournit suffisamment d'énergie pour lier les particules de poudre à leurs points de contact, tandis qu'en SLM, la poudre est complètement fondu. Cette différence entraîne des pièces SLM ayant une densité plus élevée et de meilleures propriétés mécaniques par rapport aux pièces SLS.
- Technologie FDM: FDM (modélisation de dépôt fusionné) fonctionne en extrudant un filament thermoplastique à travers une buse chauffée et en le déposant de couche par couche. Il n'utilise pas du tout de laser. FDM est une technologie plus efficace et accessible pour produire des prototypes plastiques et des pièces simples. SLM, avec son processus de fusion basé sur le laser, est capable de créer des pièces métalliques plus complexes et à performance élevées.
6. Assurance et surveillance de la qualité
Les lasers dans les systèmes SLM peuvent également être utilisés à des fins d'assurance qualité et de surveillance. Certaines machines SLM avancées sont équipées de systèmes de surveillance des processus qui utilisent le laser lui-même ou des capteurs supplémentaires pour détecter les défauts pendant le processus d'impression. Par exemple, le laser peut être utilisé pour mesurer la hauteur du lit de poudre avant et après la fusion pour détecter toute inégalité ou manque de couverture de poudre.
En analysant la réflexion ou l'absorption de la lumière laser pendant le processus de fusion, il est possible de détecter des défauts tels que la porosité, les fissures ou la fusion incomplète. Cette surveillance du temps réelle permet d'adopter des ajustements immédiats aux paramètres d'impression, garantissant la production de pièces de haute qualité.
7. Défis et développements futurs
Malgré les nombreux avantages des lasers dans la technologie SLM, il y a encore des défis. L'un des principaux défis est le coût élevé des lasers à forte puissance et la maintenance associée. De plus, la complexité du contrôle des paramètres laser pour obtenir des résultats optimaux nécessite des opérateurs qualifiés et des systèmes de contrôle avancés.
À l'avenir, nous pouvons nous attendre à voir de nouvelles améliorations de la technologie laser pour SLM. De nouveaux types de lasers avec une efficacité plus élevée, une meilleure qualité de faisceau et un contrôle plus précis seront développés. Ces progrès conduiront à des vitesses d'impression plus rapides, à une meilleure qualité de pièce et à la capacité de traiter une gamme plus large de matériaux.
En tant que fournisseur de technologie SLM, nous travaillons constamment à améliorer les performances de nos systèmes en optimisant les processus liés au laser. Nous offrons une formation complète et un soutien à nos clients pour les aider à tirer le meilleur parti de la technologie SLM basée sur le laser.
Si vous souhaitez explorer le potentiel de la technologie SLM pour vos besoins de fabrication, nous vous invitons à nous contacter pour une discussion détaillée. Notre équipe d'experts est prête à vous fournir des solutions personnalisées et à vous aider à atteindre vos objectifs de production.
Références
- Gibson, I., Rosen, DW et Stucker, B. (2010). Technologies de fabrication additive: prototypage rapide pour directement la fabrication numérique. Springer Science & Business Media.
- Kruth, J. - P., Leu, MC et Nakagawa, T. (2007). Progrès dans la fabrication additive et le prototypage rapide. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 56 (2), 525 - 546.
- Yadroitsev, I., et Bertrand, P. (2008). Analyse des paramètres sélectifs du processus de fusion laser pour l'alliage Ti6Al4V. MATÉRIAUX ET DESIGN, 29 (4), 826 - 831.