ساخت و تولید قطعات فلزی همیشه مشکل بوده است. اما با ظهور فناوری
پرینت سه بعدی ساخت مجموعه های فلزی پیچیده به مراتب ساده تر شده است. در این بخش قصد داریم فرایند رسوب فلز لیزری یا
LMD و نحوه عملکرد آن را برای تولید قطعات فلزی پیچیده شرح دهیم.
شرکت TWI حدود ده سالی است که در حال توسعه فناوری LMD است. TWI فرایند رسوب فلز لیزری را توسعه داده وکاربردهای آن برای هر چیزی، از تعمیر قطعات تا ساخت قطعات بزرگ را بررسی کرده است.
LMDچیست؟
رسوب لیزری فلزات یک فرایند تولید افزودنی می باشد که در آن از پرتو لیزر به عنوان منبع انرژی استفاده می شود. لیزر از طریق یک نازل بر روی بستری متمرکز می شود تا حوضچه مذابی ایجاد کند و بعد از آن مواد به صورت پودر یا سیم به حوضچه مذاب افزوده می شوند. در این مرحله گاز محافظ که معمولا آرگون می باشد نیز وصل می شود. این گاز برای جلوگیری از اکسیداسیون فلز در حضور لیزر استفاده می شود.
ذرات مذاب توسط نازلی که مسیر آن با نرم افزارهای طراحی تعیین شده اند، به صورت لایه لایه ریخته می شود و به حالت جامد در می آید و این کار تکرار می شود تا جسم سه بعدی کامل شود.
LMD یک فرایند قابل تنظیم است، اما اغلب اوقات لیزر LMD و نازل به محور Z محدود می شوند، در حالی که قسمتی که روی آن کار انجام می شود روی صفحه X-Y حرکت می کند.
این فرایند همچنین می تواند با تغییر قدرت لیزر، عرض حوضچه مذاب، سرعت حرکت، ترکیب مواد، نرخ تغذیه پودر و ... تنظیم شود.
از LMD به عنوان یک ابزار جوشکاری بسیار دقیق، ابزار روکش فلزی، ابزاری برای تعمیر و ... می توان استفاده کرد و قابلیت های LMD، آن را به یک ابزار همه کاره تبدیل کرده است.
استفاده از LMD برای تعمیر نیز بسیار ارزشمند است. قطعاتی که بسیار پیچیده هستند را می توان به صورت خودکار تعمیر کرد. به این دلیل که گرمای ورودی کم است، منطقه تحت تاثیر حرارت ناچیز است و به استحکام مواد خدشه ای وارد نمی شود. همچنین در این روش اعوجاج نیز کمتر از روش های جوشکاری می باشد.
علی رغم مزایای بسیار این روش، درک کامل از ساختار و ویژگی های این فناوری، چگونگی کار با آن، تاثیر ویژگی های پودر،اندازه، شکل و نحوه توزیع ذرات پودر، متالوژی و خواص مکانیکی آنها بسیار مهم و موثر است.
فرایند تولید هیبریدی برای تعمیر
همانطوری که در شکل زیر نشان داده شده است یک طرح معمولی از فرایند تولید هیبریدی برای تعمیر قطعات دارای دو سیستم اصلی می باشد که یکی از آنها سیستم
LMD و دیگری
ماشین فرز CNC می باشد.
نقش LMD پخش موضعی پودر فلز در ناحیه دارای نقص است و ترکیب آن با CNC منجر به فرایند ترکیبی می شود که دقت بیشتر، قابلیت ساخت بهتر و تکمیل سطح بهتری را ارائه می دهد.
مزایای لیزر LMD
این روش مزایای زیادی دارد که در مجموع زمان و هزینه تولید را کاهش می دهد. همچنین این فرایند نسبت به سایر تکنیک ها گرمای بسیار کمتری را به مواد لایه های زیری منتقل می کند که همین امر در دقت کار بسیار موثر است. از دیگر مزایای این روش می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- کاهش مصرف مواد و ابزار
- قابل استفاده برای قطعات بسیار بزرگ
- قابلیت سفارشی سازی قطعه
- قابل استفاده هم برای ساخت و هم تعمیر قطعات
- فرایندهای نزدیک به شکل شبکه
- قابلیت کنترل دقیق
موارد استفاده از رسوب فلز لیزر
به طور موثر از رسوب لیزری فلزات در هر صنعتی که نیاز به ایجاد یا تعمیر قطعات با ارزش یا سفارشی باشد، می توان استفاده کرد.
پرینت سه بعدی رسوب فلز لیزری (LMD) و رسوب انرژی هدایت شده(DED) انقلاب بزرگی در صنعت هوافضا در قسمت طراحی و ساخت قطعات از نمونه سازی اولیه تا تولید نهایی ایجاد کرده است.
مواد نامحدود
یکی از حسن های فرایند LMD این است که می توان از تعداد زیادی مواد استفاده کرد. علاوه بر طیف وسیعی از فولاد می توان از آلیاژهایی مبتنی بر نیکل و کبالت، آلیاژهای تیتانیوم، آلیاژهای آلومینیوم و ... نیز استفاده کرد.
همچنین می توان آلیاژهای مختلف با دوز دقیق را نیز با هم ترکیب کرد و بدین ترتیب می توان اجزایی با ترکیب مواد متغیر تولید کرد تا خواص مواد را به طور جداگانه داشته باشد. در این روش باید دمای ورودی و خنک کننده ها به طور دقیق کنترل شوند.
گاهی اوقات ممکن است در مواردی شکستگی نیز ایجاد شود. این شکستگی در موادی ایجاد می شود که در هنگام سرد شدن از حالت مذاب به جامد تحت فشار الاستیک قرار می گیرند. در فرایند LMD موادی که دارای انعطاف پذیری بیشتری هستند به منظور کاهش تنش های ناشی از تغییر شکل های پلاستیکی ارجحیت دارند.
بیشترین کشش های ناشی از فریند LMD در امتداد مهره ها و لبه های آن ها و در اثر بریدگی رخ می دهد و ممکن است منجر به ترک عرضی در مهره ها شود.
کاربردهای LMD
تعمیر سطوح ابزار و قطعات با ارزش بالا مانند اجزای موتور، پره های توربین و ...
- توسعه آلیاژ جدید
- ایمپلنت های پزشکی
- نمونه سازی های سریع
- روکش مته های نفت و گاز
- ساخت قطعات با ارزش و سفارشی برای صنایعی مثل هوافضا، نفت و گاز، نیرو
- و ...
