Anularna laserska glava za 3D tisk kovinskih materialov

Optomehanska glava z oblikovanjem anularnega laserskega žarka omogoča aksialni dovod kovinske snovi v obliki prahu in žice ter spreminjanje porazdelitve intenzitete laserskega žarka na površini obdelovanca. 

Laserska direktna depozicija (LDD) kovinske snovi je poleg selektivnega laserskega taljenja eden obetavnejših procesov za 3D tisk kovinskih materialov. V okviru raziskav skupine na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani (Edvard Govekar, Alexander Kuznetsov, Andrej Jeromen, Matjaž Kotar) je bila razvita optomehanska glava za nanašanje kovinske snovi, ki z oblikovanjem anularnega laserskega žarka omogoča aksialni dovod kovinske snovi v obliki prahu ali žice (slika 1a) in spreminjanje porazdelitve intenzitete laserskega žarka na površini obdelovanca (slika 1c). Z razvitim sistemom je dosežena simetrija procesa LDD, ki poleg neobčutljivosti na smer nanašanja zagotavlja tudi višjo stabilnost procesa. To je bilo potrjeno v okviru raziskav procesa laserskega tvorjenja in nanašanja kovinskih kapljic, ki je inherentno nestabilen proces [1, 2]. 

Predstavljeni dosežki so bili osnova za nadaljnje večletne raziskave ter razvoj sistema in procesa LDD kovinskega prahu in žice z uporabo anularnega laserskega žarka v sodelovanju z japonskim podjetjem DMG MORI. Na podlagi dosežkov raziskav sta bila podana dva patenta in razvita prototipna glava za LDD (slika 1b), ki z minimalnimi prilagoditvami omogoča LDD prahu ali žice. V primeru kovinske žice glava omogoča natančno nastavitev deleža energije, ki se dovaja v žico in v osnovni material, ter s tem dodaten nadzor uspešnosti in stabilnosti procesa [3, 4]. V primeru LDD prahu se dosega zelo visok izkoristek kovinskega prahu (> 80 %), na stabilnost procesa in lastnosti nanosa pa je mogoče poleg s standardnimi parametri procesa dodatno značilno vplivati s porazdelitvijo intenzitete laserskega žarka (slika 1c). 

Viri: Govekar E., Jeromen A., Kuznetsov A., Levy G. N., Fujishima M. Study of an annular laser beam based axially-fed powder cladding process, CIRP Annals, 1 (2018), 241-244.

Govekar E., Jeromen A., Kuznetsov A., Kotar, M., Kondo M. Annular laser beam based direct metal deposition. Procedia CIRP, 74 (2018), 222-227.

a) Shema anularnega laserskega žarka z aksialno dovedeno snovjo, b) Prototipni sistem, c) Primeri generiranih porazdelitev intenzitete (PI) in prerezi nanosov

Vir slike: LASIN, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani