گسترش مرزهای تولید هوشمند: دستاوردها و کاربردهای فناوری هیبریدی چند لیزری هم‌محور CML در تولید قطعات آلیاژ تیتانیوم

آلیاژهای تیتانیوم به دلیل استحکام بالا، چگالی پایین، مقاومت در برابر خوردگی و سازگاری بیولوژیکی، به یک ماده محبوب در زمینه‌هایی مانند تجهیزات پیشرفته و follow صنعت 3C تبدیل شده‌اند. با این حال، فرآیندهای سنتی تولید (مانند آهنگری و ریخته‌گری) با چالش‌هایی مانند دشواری در شکل‌دهی ساختارهای پیچیده، استفاده پایین از مواد و هزینه‌های بالا روبرو هستند. فناوری هیبرید چند لیزری هم‌محور کامپوزیتی CML شرکت Enigma، امکان پردازش کامپوزیتی چهارگانه را فراهم می‌کند که شامل کامپوزیت لیزری با چند طول موج، کامپوزیت لیزر-قوسی، کامپوزیت سیم-پودری و کامپوزیت گاز محافظ است. این فناوری برای مواد با گرادیان متغیر، ساخت آلیاژهای جدید درجا (in-situ alloying)، تولید مواد با ظرفیت بالا، و کنترل ریزساختار مناسب است که جهت‌گیری‌های کلیدی در فناوری DED محسوب می‌شوند. علاوه بر این، این فناوری نیازهای کاربردی مهندسی فناوری DED را در زمینه بهبود سازگاری مواد افزودنی، بهره‌وری در ساخت افزودنی، دقت قطعات، عملکرد و پیچیدگی فراهم می‌کند. به کارگیری این فناوری در حال تغییر انقلابی در تولید قطعات آلیاژ تیتانیوم است و راه‌حل جدیدی برای سناریوهای کاربردی با دقت و عملکرد بالا ارائه می‌دهد.

اصول فنی

ترکیب هم‌محور لیزر چند طول موجی: با استفاده از شش ماژول لیزری کنترل‌شونده به‌صورت مستقل، این فناوری توانسته است ترکیب هم‌محور لیزر چند طول موجی را به دست آورد که به‌طور قابل‌توجهی میزان جذب لیزر توسط مواد بازتابی بالا مانند آلیاژهای تیتانیوم را افزایش دهد.

ترکیب هم‌محور لیزر-قوسی: منابع حرارتی لیزر-قوسی کنترل‌شونده به‌صورت مستقل در کنار هم و به‌صورت ترکیبی به کار گرفته می‌شوند، بین دو فرآیند سوئیچینگ انجام می‌شود. انرژی قوس الکتریکی و انرژی لیزری به‌صورت پویا و در زمان واقعی با یکدیگر تطبیق داده می‌شوند تا اثر هم‌افزایی «پیش‌گرم‌کردن لیزری- روکش‌دهی قوسی» ایجاد شود و سرعت و دقت ساخت افزودنی مواد را بهبود بخشد.

ترکیب هم‌محور نخ و پودر: امکان تغذیه همزمان نخ و پودر آلیاژ تیتانیوم را فراهم می‌کند و چاپ مواد گرادیانی را ممکن می‌سازد.

مزایای فناوری ترکیبی CML چند لیزری هم‌محور در ساخت آلیاژ تیتانیوم

از نظر خواص فیزیکی مانند چقرمگی شکست، نمونه‌های آلیاژ تیتانیوم TC11 تولید شده با استفاده از ساخت افزودنی لیزری به‌طور قابل‌توجهی از نمونه‌های تولید شده با روش‌های سنتی آهنگری برتری دارند.

با مقایسه عملکرد نمونه‌های آلیاژ تیتانیوم TC11 تولید شده با استفاده از روش‌های ساخت افزودنی لیزری و آهنگری در شرایط دمای اتاق: از نظر استحکام، نمونه‌های تولید شده با استفاده از ساخت افزودنی لیزری دارای رفتار ناهمسانی هستند اما از نظر استحکام قابل مقایسه با نمونه‌های آهنگری می‌باشند. از نظر چقرمگی شکست، نمونه‌های تولید شده با ساخت افزودنی لیزری چقرمگی شکست بسیار بالاتری نسبت به نمونه‌های آهنگری دارند. علاوه‌براین، چقرمگی شکست نمونه‌های تولید شده با فرآیند تغذیه سیمی 17٪ بالاتر از نمونه‌های تولید شده با فرآیند تغذیه پودری است.

از نظر کارایی شکل‌دهی و بهره‌وری از مواد، تکنولوژی تغذیه سیمی لیزری نسبت به تکنولوژی تغذیه پودری لیزری برتر است.

بازده فرآیند ساخت افزودنی لیزر با استفاده از سیم ≥1 کیلوگرم/ساعت است، در حالی که بازده فرآیند پودر حدود 0.6 کیلوگرم/ساعت می‌باشد. تحت شرایط یکسان توان لیزر، بازده رسوب‌گذاری فرآیند سیم خوراکی تقریباً 40% بیشتر از فرآیند پودر خوراکی است. همچنین نرخ استفاده از مواد در فرآیند سیم خوراکی تقریباً 100% و در فرآیند پودر خوراکی حدود 60% است. بنابراین فرآیند سیم خوراکی نسبت به فرآیند پودر خوراکی 40% نرخ بهره‌وری بالاتری دارد.

بلوک آزمون فرآیند سیم خوراکی

بلوک آزمون رسوب پودری

کیفیت کلی نمونه‌های تولید شده با استفاده از فناوری CML Hybrid چند لیزری مرکز‌گرا معیارهای استاندارد را برآورده می‌کند.

خطای ضخامت دیواره نمونه‌های آلیاژ تیتانیوم TC11 که با استفاده از تکنولوژی لیزری تغذیه سیمی ساخته شده‌اند، در محدوده ±0/3 میلی‌متر قرار دارد، ضایعات داخلی آن‌ها مطابق با استاندارد AAA آزمون فراصوتی برای آهنگری‌ها است و خواص مکانیکی نیز درخواست‌های مربوط به قطعات را برآورده می‌کند.

علاوه بر این، استفاده از فناوری تولید افزودنی برای تولید قطعات آلیاژ تیتانیوم مزایایی مانند طراحی سبک، کارایی بالا و دقت زیاد را فراهم می‌کند.

انیگما دامنه کاملی از راهکارها برای قطعات آلیاژ تیتانیوم در صنایع مختلف از جمله کشتی‌سازی، مخابرات 3C و خودرو، از توسعه فرآیند مواد تا تولید انبوه فراهم می‌کند. تکنولوژی CML Hybrid که یک تکنولوژی هیبریدی چند لیزری هم‌محور است، از طریق نوآوری هم‌افزایی فرآیندهای مختلف، به چالش‌های دقت، کارایی و هزینه در ساخت افزودنی آلیاژ تیتانیوم غلبه می‌کند و به یک «مختل‌کننده» در حوزه ساخت پیشرفته تبدیل شده و انگیزه‌ای نوین به ساخت‌وساز صنعتی در بخش‌های مختلف می‌دهد.