Правильная стратегия использования лазерного луча играет ключевую роль в вопросе повышения эффективности производства деталей методом 3D-печати. Рассмотрим, как это работает.

В стороне от стеклянных фасадов основного здания спрятана комната для «мозгового штурма» команды подразделения аддитивных технологий TRUMPF. Именно здесь идет кропотливая работа над развитием стратегий повышения эффективности этой перспективной технологии будущего с целью сделать ее более привлекательной для широких групп пользователей. Ведь, несмотря на широкую известность и обширное использование в области прототипирования и при производстве мелких партий, 3D-печать еще далека от того, чтобы полноценно конкурировать с основными технологиями обработки металла на малых и средних предприятиях.
Ей не хватает отлаженности, воспроизводимости и экономичности.
Для значительного снижения себестоимости аддитивной технологии эксперты TRUMPF задействуют множество решений. Одним из примеров является идея объединения нескольких машин в единый комплекс 3D-печати, где принтер подключен к внешним системам подачи порошка и извлечения деталей. Это позволяет повысить коэффициент загрузки принтера и повысить его производительность. При этом концепция частичной автоматизации способствует снижению себестоимости производимой детали.

Структурированный анализ

Однако наиболее существенные улучшения вносит применение правильной стратегии использования лазерного луча. Дамиен Бухбиндер и Флориан Крист, продукт-менеджеры подразделения аддитивных технологий компании TRUMPF, исследовали широкий спектр возможных вариантов воздействия лазерного излучения с различными характеристиками на деталь и структурировали их в зависимости от отрасли и сферы применения, геометрии деталей, материала и стоимости.
Они рассмотрели каждый возможный вариант с точки зрения его потенциала, ожидаемых затрат, эффективности для конкретной задачи и применения, его техническую осуществимость. «Нам повезло, что TRUMPF обладает таким широким спектром знаний и компетенций в области лазерных технологий и оптики. Благодаря им мы имели возможность провести экспертное сравнение результатов симуляций, которые мы выполнили самостоятельно, с результатами многочисленных совместных разработок», — поясняет Крист.
 

Обзор методов увеличения объема плавления в зависимости от исполнения оптики

Малярный валик или тонкая кисть?

Фокус внимания в вопросе стратегии воздействия на деталь сосредоточен на оптике и источнике луча. Они не только определяют скорость процесса, но и оказывают значительное влияние на качество деталей. Решающим здесь является соотношение мощности лазера, распределения удельной мощности, диаметра луча, количества лучей, а также шаг между лучами. И здесь начинается дилемма, как называет это Дамиен Бухбиндер: «Представьте, что для выполнения заказа по покраске у вас на выбор есть малярный валик и тонкая кисточка. Валиком можно за один раз нанести много краски, но при этом получается не очень аккуратно и точно. С тонкой кисточкой процесс покраски займет много времени, но зато результат будет точным и аккуратным». Краской в аддитивных технологиях можно назвать мощность лазера.
Баланс между инструментами, то есть между валиком и кисточкой, и количеством наносимой краски является балансом удельной мощности лазера. Каков бы ни был размер инструмента — в нашем случае это лазерный луч, — он должен всегда обеспечивать подачу необходимой энергии для расплавления материала. «Как мы выполняем это требование? Именно в этом и заключается правильная стратегия использования лазерного луча — она учитывает, что различные материалы требуют различного количества энергии для плавления, а также различной интенсивности лазерного излучения. Требования по точности деталей и скорости обработки, необходимые в каждом отдельном случае, определяют мощность лазера, плотность мощности и яркость», — говорит Бухбиндер.
 

Сегодня мы в наилучшем положении

Резюмируя, можно сказать, что сопоставление результатов расчетов Бухбиндера и Криста говорит об одном: в настоящее время нет общепринятой формулы, оптимальной для всех материалов, геометрий и отраслей. Не все то, что в теории звучит идеально, реализуемо сегодня исходя из актуального уровня развития технологий. Более того, некоторые вещи, реализуемые на практике, могут не иметь смысла с точки зрения соотношения расходов и выгоды. TRUMPF в своем демонстрационном образце TruPrint 5000 реализовал лучшее решение, основанное на современном уровне техники. «На этом станке мы решили внедрить универсальную стратегию воздействия. Это прекрасное решение для широкого спектра различных задач, — объясняет Бухбиндер. И продолжает:  — Тем не менее в вопросах аддитивных технологий, это означает лишь то, что мы продолжаем работать дальше. Ведь постоянное развитие лазерной техники и оптики открывает нам массу новых возможностей в выборе стратегии излучения».
 

Универсальный талант

Демонстрационный образец TruPrint 5000 был представлен на выставке formnext 2016. Как и все 3D-принтеры TRUMPF, он оснащается управляемым сканатором и волоконным лазером собственного производства. Отличительной же особенностью является количество источников лазерного излучения — TruPrint 5000 оснащен тремя источниками мощностью 500 Вт каждый. И таким образом, это первый мультилазерный станок TRUMPF для аддитивных технологий. Особенность разработки состоит в том, что все три источника установлены в специально разработанной компанией TRUMPF оптической системе таким образом, что они могут либо параллельно воздействовать на несколько деталей в рабочей камере, либо совместно троекратно увеличить скорость обработки одной детали. Мощность лазера может быть настроена таким образом, чтобы обрабатывать множество типов материалов с максимальной производительностью. А возможность управления диаметром луча в диапазоне от 100 до 500 мкм делает производство еще более гибким. Это обеспечивает максимальный уровень качества изготавливаемой детали и дает пользователю возможность обрабатывать материалы, требующие меньшей мощности луча для минимизации брызг. ■

ООО «ТРУМПФ»
+7 495 234 5713
www.ru.trumpf.com
info@ru.trumpf.com