మెటల్ లేజర్ యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్‌లో బీమ్ షేపింగ్ టెక్నాలజీ యొక్క అనువర్తనం

లేజర్ యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్ (AM) టెక్నాలజీ, దాని అధిక తయారీ కచ్చితత్వం, బలమైన ఫ్లెక్సిబిలిటీ మరియు అధిక స్థాయి ఆటోమేషన్ వంటి ప్రయోజనాలతో, ఆటోమోటివ్, వైద్య, ఏరోస్పేస్ మొదలైన రంగాలలోని కీలక భాగాల (ఉదాహరణకు రాకెట్ ఇంధన నాజిల్‌లు, శాటిలైట్ యాంటెన్నా బ్రాకెట్‌లు, హ్యూమన్ ఇంప్లాంట్‌లు మొదలైనవి) తయారీలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. ఈ టెక్నాలజీ, పదార్థ నిర్మాణం మరియు పనితీరు యొక్క సమగ్ర తయారీ ద్వారా ప్రింటెడ్ భాగాల కలయిక పనితీరును బాగా మెరుగుపరుస్తుంది. ప్రస్తుతం, లేజర్ యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీ సాధారణంగా అధిక కేంద్రం మరియు తక్కువ అంచు శక్తి పంపిణీతో కేంద్రీకృత గాస్సియన్ బీమ్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. అయితే, ఇది తరచుగా కరిగిన పదార్థంలో అధిక ఉష్ణ ప్రవణతలను సృష్టిస్తుంది, దీనివల్ల తదనంతరం రంధ్రాలు మరియు గరుకైన రేణువులు ఏర్పడతాయి. బీమ్ షేపింగ్ టెక్నాలజీ అనేది ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి ఒక కొత్త పద్ధతి, ఇది లేజర్ బీమ్ శక్తి పంపిణీని సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా ప్రింటింగ్ సామర్థ్యాన్ని మరియు నాణ్యతను మెరుగుపరుస్తుంది.

సాంప్రదాయ సబ్‌ట్రాక్షన్ మరియు ఈక్వివలెంట్ మ్యానుఫ్యాక్చరింగ్‌తో పోలిస్తే, మెటల్ యాడిటివ్ మ్యానుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీకి తక్కువ తయారీ సమయం, అధిక ప్రాసెసింగ్ కచ్చితత్వం, అధిక మెటీరియల్ వినియోగ రేటు మరియు భాగాల మంచి మొత్తం పనితీరు వంటి ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. అందువల్ల, మెటల్ యాడిటివ్ మ్యానుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీని ఏరోస్పేస్, ఆయుధాలు మరియు పరికరాలు, అణుశక్తి, బయోఫార్మాస్యూటికల్స్ మరియు ఆటోమొబైల్స్ వంటి పరిశ్రమలలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తున్నారు. డిస్క్రీట్ స్టాకింగ్ సూత్రం ఆధారంగా, మెటల్ యాడిటివ్ మ్యానుఫ్యాక్చరింగ్ ఒక శక్తి వనరును (లేజర్, ఆర్క్ లేదా ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ వంటివి) ఉపయోగించి పౌడర్ లేదా వైర్‌ను కరిగించి, ఆపై వాటిని పొరలు పొరలుగా పేర్చి లక్షిత భాగాన్ని తయారు చేస్తుంది. చిన్న బ్యాచ్‌లు, సంక్లిష్ట నిర్మాణాలు లేదా వ్యక్తిగతీకరించిన భాగాలను ఉత్పత్తి చేయడంలో ఈ టెక్నాలజీకి గణనీయమైన ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి. సాంప్రదాయ పద్ధతులను ఉపయోగించి ప్రాసెస్ చేయలేని లేదా కష్టంగా ఉండే మెటీరియల్స్‌ను కూడా యాడిటివ్ మ్యానుఫ్యాక్చరింగ్ పద్ధతులను ఉపయోగించి తయారు చేయడానికి అనుకూలంగా ఉంటాయి. పైన పేర్కొన్న ప్రయోజనాల కారణంగా, యాడిటివ్ మ్యానుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీ దేశీయంగా మరియు అంతర్జాతీయంగా పండితుల నుండి విస్తృతమైన దృష్టిని ఆకర్షించింది. గత కొన్ని దశాబ్దాలుగా, యాడిటివ్ మ్యానుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీ వేగంగా పురోగతి సాధించింది. లేజర్ యాడిటివ్ మ్యానుఫ్యాక్చరింగ్ పరికరాల ఆటోమేషన్ మరియు ఫ్లెక్సిబిలిటీ, అలాగే అధిక లేజర్ శక్తి సాంద్రత మరియు అధిక ప్రాసెసింగ్ కచ్చితత్వం వంటి సమగ్ర ప్రయోజనాల కారణంగా, పైన పేర్కొన్న మూడు మెటల్ యాడిటివ్ మ్యానుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీలలో లేజర్ యాడిటివ్ మ్యానుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీ అత్యంత వేగంగా అభివృద్ధి చెందింది.

లేజర్ మెటల్ యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీని LPBF మరియు DEDగా విభజించవచ్చు. పటం 1, LPBF మరియు DED ప్రక్రియల యొక్క ఒక సాధారణ స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రాన్ని చూపుతుంది. సెలెక్టివ్ లేజర్ మెల్టింగ్ (SLM) అని కూడా పిలువబడే LPBF ప్రక్రియ, పౌడర్ బెడ్ ఉపరితలంపై ఒక స్థిరమైన మార్గంలో అధిక-శక్తి లేజర్ కిరణాలను స్కాన్ చేయడం ద్వారా సంక్లిష్టమైన లోహ భాగాలను తయారు చేయగలదు. అప్పుడు, పౌడర్ పొరలు పొరలుగా కరిగి ఘనీభవిస్తుంది. DED ప్రక్రియలో ప్రధానంగా రెండు ప్రింటింగ్ ప్రక్రియలు ఉంటాయి: లేజర్ మెల్టింగ్ డిపోజిషన్ మరియు లేజర్ వైర్ ఫీడింగ్ యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్. ఈ రెండు టెక్నాలజీలు లోహపు పౌడర్ లేదా వైర్‌ను ఏకకాలంలో ఫీడ్ చేయడం ద్వారా లోహ భాగాలను నేరుగా తయారు చేయగలవు మరియు మరమ్మత్తు చేయగలవు. LPBFతో పోలిస్తే, DED అధిక ఉత్పాదకతను మరియు పెద్ద తయారీ ప్రాంతాన్ని కలిగి ఉంటుంది. అదనంగా, ఈ పద్ధతి మిశ్రమ పదార్థాలను మరియు ఫంక్షనల్లీ గ్రేడెడ్ మెటీరియల్స్‌ను కూడా సౌకర్యవంతంగా తయారు చేయగలదు. అయితే, DED ద్వారా ప్రింట్ చేయబడిన భాగాల ఉపరితల నాణ్యత ఎల్లప్పుడూ తక్కువగా ఉంటుంది, మరియు లక్ష్య భాగం యొక్క కొలతల ఖచ్చితత్వాన్ని మెరుగుపరచడానికి తదుపరి ప్రాసెసింగ్ అవసరం.

ప్రస్తుత లేజర్ యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్ ప్రక్రియలో, కేంద్రీకృత గాసియన్ బీమ్ సాధారణంగా శక్తి వనరుగా ఉంటుంది. అయితే, దాని ప్రత్యేకమైన శక్తి పంపిణీ (కేంద్రంలో ఎక్కువ, అంచులలో తక్కువ) కారణంగా, ఇది అధిక ఉష్ణ ప్రవణతలకు మరియు కరిగిన పూల్ యొక్క అస్థిరతకు కారణమయ్యే అవకాశం ఉంది. ఫలితంగా, ముద్రించిన భాగాల ఫార్మింగ్ నాణ్యత తక్కువగా ఉంటుంది. అంతేకాకుండా, కరిగిన పూల్ యొక్క కేంద్ర ఉష్ణోగ్రత చాలా ఎక్కువగా ఉంటే, అది తక్కువ ద్రవీభవన స్థానం గల లోహ మూలకాలు ఆవిరైపోవడానికి కారణమవుతుంది, ఇది LBPF ప్రక్రియ యొక్క అస్థిరతను మరింత తీవ్రతరం చేస్తుంది. అందువల్ల, పోరోసిటీ పెరగడంతో, ముద్రించిన భాగాల యాంత్రిక లక్షణాలు మరియు ఫెటీగ్ లైఫ్ గణనీయంగా తగ్గిపోతాయి. గాసియన్ బీమ్‌ల యొక్క అసమాన శక్తి పంపిణీ తక్కువ లేజర్ శక్తి వినియోగ సామర్థ్యానికి మరియు అధిక శక్తి వృధాకు కూడా దారితీస్తుంది. మెరుగైన ప్రింటింగ్ నాణ్యతను సాధించడానికి, శక్తి ప్రవేశ అవకాశాన్ని నియంత్రించేందుకు, లేజర్ పవర్, స్కానింగ్ వేగం, పౌడర్ పొర మందం మరియు స్కానింగ్ వ్యూహం వంటి ప్రక్రియ పారామితులను సవరించడం ద్వారా గాసియన్ బీమ్‌ల లోపాలను సరిదిద్దే మార్గాలను పండితులు అన్వేషించడం ప్రారంభించారు. ఈ పద్ధతి యొక్క ప్రాసెసింగ్ విండో చాలా ఇరుకుగా ఉండటం వలన, స్థిరమైన భౌతిక పరిమితులు తదుపరి ఆప్టిమైజేషన్ అవకాశాన్ని పరిమితం చేస్తాయి. ఉదాహరణకు, లేజర్ శక్తిని మరియు స్కానింగ్ వేగాన్ని పెంచడం ద్వారా అధిక తయారీ సామర్థ్యాన్ని సాధించవచ్చు, కానీ తరచుగా దీనివల్ల ప్రింటింగ్ నాణ్యతను తగ్గించాల్సి వస్తుంది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, బీమ్ షేపింగ్ వ్యూహాల ద్వారా లేజర్ శక్తి పంపిణీని మార్చడం వల్ల తయారీ సామర్థ్యం మరియు ప్రింటింగ్ నాణ్యత గణనీయంగా మెరుగుపడతాయి, ఇది లేజర్ యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీ యొక్క భవిష్యత్ అభివృద్ధి దిశగా మారవచ్చు. బీమ్ షేపింగ్ టెక్నాలజీ సాధారణంగా కావలసిన తీవ్రత పంపిణీ మరియు ప్రసరణ లక్షణాలను పొందడానికి ఇన్‌పుట్ బీమ్ యొక్క వేవ్‌ఫ్రంట్ పంపిణీని సర్దుబాటు చేయడాన్ని సూచిస్తుంది. మెటల్ యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీలో బీమ్ షేపింగ్ టెక్నాలజీ యొక్క అనువర్తనం పటం 2లో చూపబడింది.

లేజర్ అడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్‌లో బీమ్ షేపింగ్ టెక్నాలజీ యొక్క అనువర్తనం

సాంప్రదాయ గౌసియన్ బీమ్ ప్రింటింగ్ యొక్క లోపాలు

మెటల్ లేజర్ యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీలో, లేజర్ పుంజం యొక్క శక్తి పంపిణీ ముద్రించిన భాగాల నాణ్యతపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. మెటల్ లేజర్ యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్ పరికరాలలో గాస్సియన్ పుంజాలను విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తున్నప్పటికీ, యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్ ప్రక్రియలో అస్థిరమైన ప్రింటింగ్ నాణ్యత, తక్కువ శక్తి వినియోగం మరియు ఇరుకైన ప్రాసెస్ విండోలు వంటి తీవ్రమైన లోపాలు వీటికి ఉన్నాయి. వాటిలో, మెటల్ లేజర్ యాడిటివ్ ప్రక్రియ సమయంలో పౌడర్ కరిగే ప్రక్రియ మరియు కరిగిన పూల్ యొక్క గతిశీలత పౌడర్ పొర మందంతో దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటాయి. పౌడర్ చిందడం మరియు కోత మండలాలు ఉండటం వలన, పౌడర్ పొర యొక్క వాస్తవ మందం సైద్ధాంతిక అంచనా కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. రెండవది, ఆవిరి స్తంభం ప్రధాన వెనుక జెట్ చిందడాలకు కారణమవుతుంది. లోహపు ఆవిరి వెనుక గోడను ఢీకొని చిందడాలను ఏర్పరుస్తుంది, ఇవి కరిగిన పూల్ యొక్క పుటాకార ప్రాంతానికి లంబంగా ముందు గోడ వెంబడి పిచికారీ చేయబడతాయి (పటం 3లో చూపిన విధంగా). లేజర్ పుంజం మరియు చిందడాల మధ్య సంక్లిష్టమైన పరస్పర చర్య కారణంగా, వెలువడిన చిందడాలు తదుపరి పౌడర్ పొరల ప్రింటింగ్ నాణ్యతను తీవ్రంగా ప్రభావితం చేయగలవు. దీనికి అదనంగా, కరిగిన పదార్థంలో కీహోల్స్ ఏర్పడటం కూడా ప్రింటెడ్ భాగాల నాణ్యతను తీవ్రంగా ప్రభావితం చేస్తుంది. ప్రింటెడ్ భాగంలోని అంతర్గత రంధ్రాలు ప్రధానంగా అస్థిరమైన లాకింగ్ హోల్స్ వల్ల ఏర్పడతాయి.

బీమ్ షేపింగ్ టెక్నాలజీలో లోపాల ఏర్పడే విధానం

బీమ్ షేపింగ్ టెక్నాలజీ ఒకేసారి బహుళ కోణాలలో పనితీరు మెరుగుదలను సాధించగలదు. ఇది, ఇతర కోణాలను త్యాగం చేసి ఒక కోణంలో మాత్రమే పనితీరును మెరుగుపరిచే గాస్సియన్ బీమ్‌లకు భిన్నంగా ఉంటుంది. బీమ్ షేపింగ్ టెక్నాలజీ కరిగిన పూల్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని మరియు ప్రవాహ లక్షణాలను ఖచ్చితంగా సర్దుబాటు చేయగలదు. లేజర్ శక్తి పంపిణీని నియంత్రించడం ద్వారా, తక్కువ ఉష్ణోగ్రతా ప్రవణతతో కూడిన సాపేక్షంగా స్థిరమైన కరిగిన పూల్ లభిస్తుంది. సరైన లేజర్ శక్తి పంపిణీ, రంధ్రాలను (పోరోసిటీ) మరియు స్పుటరింగ్ లోపాలను అణచివేయడానికి, మరియు లోహ భాగాలపై లేజర్ ప్రింటింగ్ నాణ్యతను మెరుగుపరచడానికి ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. ఇది ఉత్పత్తి సామర్థ్యం మరియు పౌడర్ వినియోగంలో వివిధ మెరుగుదలలను సాధించగలదు. అదే సమయంలో, బీమ్ షేపింగ్ టెక్నాలజీ మనకు మరిన్ని ప్రాసెసింగ్ వ్యూహాలను అందించి, ప్రక్రియ రూపకల్పన స్వేచ్ఛను బాగా పెంచుతుంది, ఇది లేజర్ యాడిటివ్ మాన్యుఫ్యాక్చరింగ్ టెక్నాలజీలో ఒక విప్లవాత్మక పురోగతి.