Infraroodcamera optimaliseert Laser Powder Bed Fusion 3D-printen
- Details
- Hits: 1624
Ontdek de voordelen van lasersmeltende metaalpoeders: The 3D Print van metalen wordt steeds populairder. In het bijzonder op poederbed gebaseerde laserstraalsmelten of Laserpoederbedfusie (LPBF) maakt delicate en zeer complexe structuren mogelijk en opent altijd nieuwe toepassingen. De kwaliteit van het proces is sterk afhankelijk van de juiste temperaturen. Om dit te meten gebruiken de wetenschappers Fraunhofer ILT eine infraroodcamera van Optris.
inhoud
- Lasersmelten laag voor laag
- Veranderende emissiviteit
- Thermografiebeelden kunnen eenvoudig worden geëvalueerd
- Veel gestelde vragen
Lasersmelten laag voor laag
de op poederbed gebaseerde laserstraalsmelten, Engels Laser Powder Bed Fusion (LPBF) is al meer dan 25 jaar een van de meest veelbelovende processen additieve productie van metalen. Het werd in 1996 ontwikkeld en gepatenteerd door het Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT. Het innovatieve 3D-printproces kan worden gebruikt om componenten met complexe geometrieën te produceren. De LPBF is zeer nauwkeurig en maakt het mogelijk onderdelen te vervaardigen die met subtractieve methoden helemaal niet mogelijk zouden zijn.
LPBF – De procedure
LPBF-lasersmelten begint met a fijn poeder, dat in dunne lagen op een basisplaat wordt verdeeld. Een nauwkeurig gecontroleerde laserstraal smelt vervolgens gerichte delen van het poeder om de gewenste component laag voor laag op te bouwen.
Nadat het materiaal is afgekoeld ontstaat er een stevige laag, die de basis vormt voor de volgende laag. Na een dienst de Basisplaat verlaagd en nog een laag poeder aangebracht. Dit proces wordt herhaald totdat de driedimensionale component compleet is en alleen nog maar van het overtollige poeder hoeft te worden verwijderd.
Met laagdiktes ertussen 10 en 100 µm Dit lasersmelten maakt uitzonderlijke precisie en aandacht voor detail mogelijk. De resulterende componenten hebben een indrukwekkende soortelijke dichtheid tot 100%, wat betekent dat hun mechanische eigenschappen geenszins onderdoen voor subtractief vervaardigde onderdelen. Deze hoge kwaliteit maakt LPBF ideaal voor rapid prototyping en kleine series waarbij precisie en materiaalkwaliteit cruciaal zijn.
Leestip: Drie manieren om aan de slag te gaan met generatieve AI
Hoewel de productiesnelheid van LPBF langzamer is vergeleken met traditionele productieprocessen zoals SLM, wegen de voordelen op het gebied van flexibiliteit, precisie en materiaalvariatie zwaarder dan de nadelen. LPBF geopend nieuwe horizonten in productontwikkeling en biedt innovatieve oplossingen voor complexe ontwerpen.
Baanbrekende haalbaarheidsstudies
De bekende Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT stimuleert voortdurend innovatie op het gebied van additive manufacturing. In samenwerking met toonaangevende spelers uit de sector worden daar baanbrekende haalbaarheidsstudies uitgevoerd die de grenzen van de lasersmelttechnologie verleggen. Een bijzondere focus ligt op de productie van complexe geometrieën en onderzoek naar nieuwe materialen.
Tim Lantzsch, hoofd van de afdeling Laser Powder Bed Fusion bij Fraunhofer ILT, zegt: “Bij de huidige projecten wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt van metalen met een hoog smeltpunt, zoals wolfraam of molybdeen. Deze zijn echter moeilijk betrouwbaar te verwerken vanwege het hoge smeltpunt van soms meer dan 3000 ° C." Om dergelijke en soortgelijke onderzoeksprojecten uit te voeren, exploiteert de Fraunhofer ILT verschillende LPBF-laboratoriumfaciliteiten.
Belangrijke meting: temperatuur
In het geavanceerde 3D-printproces van Laser Powder Bed Fusion (LPBF). juiste temperatuur een beslissende factor voor de kwaliteit van de eindproducten. De laser in LPBF-systemen verwarmt het materiaal extreem snel, met snelheden tot 1 miljoen K/s, gevolgd door een even snelle afkoeling.
Deze extreme temperatuurveranderingen kunnen echter leiden tot materiaalspanning, krimp, fasetransformaties en andere fysieke effecten die de kwaliteit van de componenten kunnen beïnvloeden. “Scheuren en plastische vervorming zijn typische problemen die uiteindelijk tot uitval kunnen leiden”, legt Tim Lantzsch uit.
Om deze uitdagingen te overwinnen heeft Fraunhofer ILT innovatieve oplossingen ontwikkeld. “We verwarmen bijvoorbeeld de bodemplaat om de spanningen veroorzaakt door excessieve temperatuurgradiënten te minimaliseren”, zegt hij Andreas Vogelpoth, specialist in proces- en systeemtechniek.
De optimale temperatuur van de bodemplaat is afhankelijk van het betreffende materiaal en moet gedurende het gehele proces zorgvuldig worden geregeld. “De afstand tot de verwarmde basisplaat neemt van laag tot laag toe Poeder bed is een slechte warmtegeleider, straling speelt een rol en natuurlijk brengt de laser ook warmte met zich mee”, zegt de heer Vogelpoth.
Dienovereenkomstig moet de verwarming worden aangepast naarmate het proces vordert. Deze continue aanpassing van de verwarming tijdens het LPBF-proces zorgt ervoor dat componenten met de hoogst mogelijke kwaliteit worden vervaardigd en het risico op defecten en uitval wordt geminimaliseerd.
Om dit proces te optimaliseren is nauwkeurige monitoring van de temperaturen vereist. Hiervoor gebruiken de onderzoekers een infraroodcamera Typ PI640 van Optris, dat temperaturen tot 1500 °C kan meten. De IR-camera wordt buiten de proceskamer gemonteerd, waarin een zinkselenidevenster is geïntegreerd. De compacte infraroodcamera kan eenvoudig boven het raam worden gemonteerd. Met een resolutie van 640 x 480 pixels kan hij ook kleinere componentstructuren oplossen.
Veranderende emissiviteit
Nauwkeurige temperatuurmeting speelt een cruciale rol in het additieve productieproces, vooral bij Laser Powder Bed Fusion (LPBF). “De emissiviteit van poeder en vaste stof van hetzelfde metaal is bijvoorbeeld verschillend en daar is een afhankelijkheid van oppervlakteafwerkingzegt Andreas Vogelpoth.
Om deze uitdaging te overwinnen, heeft Fraunhofer ILT uitgebreide reeks tests uitgevoerd waarbij de temperatuur werd gemeten met zowel infraroodcamera’s als thermokoppels. Vooral tijdens de constructie van componenten levert de infraroodcamera belangrijke gegevens over de temperatuur van het materiaal nadat het smeltbad weer is gestold. De camera wordt bestuurd via een digitale interface en voert metingen uit kort nadat de laser is uitgeschakeld en voordat een nieuwe laag poeder wordt aangebracht.
Deze metingen bieden waardevolle inzichten in diverse thermische effectenbijvoorbeeld het koelgedrag na het smeltproces en de warmteafvoer door het poederbed. Deze gegevens maken het mogelijk om de verwarmingsregeling van het onderdeel aan te passen om de kwaliteit van het eindproduct te optimaliseren en de productie van defecte onderdelen te voorkomen.
Thermografiebeelden kunnen eenvoudig worden geëvalueerd
De PI640 infraroodcamera van Optris beschikt over een USB-interface aangesloten op een pc, waarop de speciaal ontwikkelde analysesoftware PIX Connect is geïnstalleerd. Deze warmtebeeldcamera maakt nauwkeurige en efficiënte real-time analyse van thermografiebeelden mogelijk.
De PIX Connect-software, dat standaard bij de Optris-infraroodcamera's wordt geleverd, biedt uitgebreide functies voor beeldopname en -analyse en voor het archiveren van de opnames. Andreas Vogelpoth benadrukt het belang van het open formaat voor beeldopslag, dat een naadloze integratie in verschillende systemen en een gemakkelijke verdere verwerking van de gegevens mogelijk maakt. Bovendien maakt de gebruiksvriendelijke interface van PIX Connect de evaluatie van de thermografiebeelden veel eenvoudiger.
Het bestaat al zo'n vijf jaar PI640 gebruikt bij Fraunhofer ILT en verving daar pyrometers, die alleen selectieve temperatuurmetingen mogelijk maakten. “Over het geheel genomen is de infraroodcamera van Optris zeer geschikt voor onze doeleinden”, vat Tim Lantzsch samen: “Hij is compact, daarom mechanisch eenvoudig te integreren en gemakkelijk te gebruiken.” Dit maakt de PI640 infraroodcamera tot een waardevol instrument voor nauwkeurige temperatuurmetingen en analyses in additive manufacturing en daarbuiten.
Veel gestelde vragen
Hoe werkt het LPBF-proces?
de Laserpoederbedfusie (LPBF)-proces is een vorm van 3D-printen en maakt de additieve productie mogelijk van complexe geometrieën die met conventionele methoden moeilijk of onmogelijk te produceren zijn. Nadat het printproces is voltooid, wordt het overtollige poeder verwijderd en wordt het onderdeel indien nodig opnieuw bewerkt.
Wat is een SLM-procedure?
SLM betekent Selectief lasersmelten is een additief productieproces waarbij een zeer nauwkeurige laser metaalpoeder laag voor laag versmelt. Complexe componenten kunnen rechtstreeks uit de CAD-gegevens worden gemaakt. Een digitaal ontwerp wordt opgedeeld in dunne doorsneden, die de laser vervolgens punt voor punt en laag voor laag op het bouwplatform smelt. Dit proces maakt de productie mogelijk van componenten met een hoge dichtheid en complexe structuren die vaak niet met conventionele methoden kunnen worden geproduceerd.
Misschien ben je ook geïnteresseerd in...
Kunstmatige intelligentie | trends en ontwikkelingen
3D-printer | Additive manufacturing van kunststof onderdelen
3D-printer metaal | Verbazingwekkende mogelijkheden
Robots programmeren | programmatuur en besturing
Compacte infraroodthermometer met app voor smartphone en tablet
Warmtebeeldcamera | Innovaties voor industriële toepassingen
De auteurs zijn Andreas Theilacker en Torsten Czech, beiden ingenieurs bij Optris GmbH in Berlijn.