La cámara infrarroja optimiza la impresión 3D Laser Powder Bed Fusion
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Descubra los beneficios de la fusión por láser de polvos metálicos: El 3D Imprimir de metales es cada vez más popular. En particular, la fusión o fusión por rayo láser a base de lecho de polvo Fusión de lecho de polvo láser (LPBF) permite estructuras delicadas y muy complejas y siempre abre nuevas aplicaciones. La calidad del proceso depende en gran medida de las temperaturas adecuadas. Para medir esto, los científicos utilizan ILT de Fraunhofer una Cámara de infrarrojos de OPTRIS.
contenido
- Fusión láser capa por capa
- Cambiando la emisividad
- Las imágenes termográficas se pueden evaluar fácilmente
- Häufige Fragen
Fusión láser capa por capa
El Fusión por haz láser a base de lecho de polvo, Inglés La fusión por láser en lecho de polvo (LPBF) ha sido uno de los procesos más prometedores durante más de 25 años. fabricación aditiva de metales. Fue desarrollado y patentado en 1996 en el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT. El innovador proceso de impresión 3D se puede utilizar para producir componentes con geometrías complejas. El LPBF es muy preciso y permite fabricar piezas que no serían posibles en absoluto con métodos sustractivos.
LPBF – El procedimiento
La fusión por láser LPBF comienza con un polvo fino, que se distribuye en finas capas sobre una placa base. Luego, un rayo láser controlado con precisión funde áreas específicas del polvo para construir el componente deseado capa por capa.
Una vez que el material se ha enfriado, se crea una capa sólida que constituye la base para la siguiente capa. Después de un turno el Placa base bajada y se aplica otra capa de polvo. Este proceso se repite hasta que el componente tridimensional esté completo y solo sea necesario eliminar el exceso de polvo.
Con espesores de capa entre 10 y 100 micras Esta fusión por láser permite una precisión y atención al detalle excepcionales. Los componentes resultantes tienen una impresionante densidad específica de hasta el 100 %, lo que significa que sus propiedades mecánicas no son en absoluto inferiores a las de las piezas fabricadas sustractivamente. Esta alta calidad hace que LPBF sea ideal para la creación rápida de prototipos y series pequeñas donde la precisión y la calidad del material son cruciales.
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Aunque la velocidad de fabricación de LPBF es más lenta en comparación con los procesos de fabricación tradicionales como SLM, los beneficios en términos de flexibilidad, precisión y variedad de materiales superan las desventajas. LPBF abrió nuevos horizontes en el desarrollo de productos y ofrece soluciones innovadoras para diseños complejos.
Estudios de viabilidad innovadores
El renombrado Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT impulsa continuamente la innovación en el campo de la fabricación aditiva. En colaboración con los principales actores de la industria, se están llevando a cabo estudios de viabilidad innovadores que amplían los límites de la tecnología de fusión por láser. Se presta especial atención a la producción de geometrías complejas y a la investigación de nuevos materiales.
Tim Lantzsch, jefe del departamento Laser Powder Bed Fusion de Fraunhofer ILT, comenta: “En los proyectos actuales, por ejemplo, se utilizan metales con un alto punto de fusión, como el tungsteno o el molibdeno. Sin embargo, debido al alto punto de fusión, que a veces supera los 3000 °C, es difícil procesarlos de forma fiable." Para llevar a cabo proyectos de investigación similares, el Fraunhofer ILT dispone de varios laboratorios LPBF.
Medición importante: temperatura
En el sofisticado proceso de impresión 3D de Laser Powder Bed Fusion (LPBF). temperatura correcta un factor decisivo para la calidad de los productos finales. El láser de los sistemas LPBF calienta el material extremadamente rápido, a velocidades de hasta 1 millón de K/s, seguido de un enfriamiento igualmente rápido.
Sin embargo, estos cambios extremos de temperatura pueden provocar tensión en el material, contracción, transformaciones de fase y otros efectos físicos que pueden afectar la calidad de los componentes. "Las grietas y las deformaciones plásticas son problemas típicos que, en última instancia, pueden provocar rechazos", explica Tim Lantzsch.
Para superar estos desafíos, Fraunhofer ILT ha desarrollado soluciones innovadoras. "Por ejemplo, calentamos la placa base para minimizar las tensiones causadas por gradientes de temperatura excesivos", dice Andreas Vogelpoth, especialista en Ingeniería de Procesos y Sistemas.
La temperatura óptima de la placa base depende del material del que se trate y debe regularse cuidadosamente durante todo el proceso. “La distancia hasta la placa base calentada aumenta de capa en capa lecho de polvo es un mal conductor del calor, la radiación influye y, por supuesto, el láser también aporta calor”, afirma Vogelpoth.
En consecuencia, la calefacción debe ajustarse a medida que avanza el proceso. Este ajuste continuo del calentamiento durante el proceso LPBF garantiza que los componentes se fabriquen con la mayor calidad posible y se minimice el riesgo de defectos y desechos.
Para optimizar este proceso, se requiere un control preciso de las temperaturas. Para ello, los investigadores utilizan una cámara de infrarrojos. Tipo PI640 de Optris, que puede medir temperaturas de hasta 1500 °C. La cámara de infrarrojos está montada fuera de la cámara de proceso, en la que está integrada una ventana de seleniuro de zinc. La cámara infrarroja compacta se puede montar fácilmente encima de la ventana. Con una resolución de 640 x 480 píxeles, también puede resolver estructuras de componentes más pequeñas.
Cambiando la emisividad
La medición precisa de la temperatura juega un papel crucial en el proceso de fabricación aditiva, especialmente en Laser Powder Bed Fusion (LPBF). “Por ejemplo, la emisividad del polvo y del sólido del mismo metal es diferente y existe una dependencia de eso. acabado de la superficiedice Andreas Vogelpoth.
Para superar este desafío, Fraunhofer ILT extensa serie de pruebas llevado a cabo en el que se midió la temperatura mediante cámaras infrarrojas y termopares. Especialmente durante la construcción de componentes, la cámara infrarroja proporciona datos importantes sobre la temperatura del material después de que el baño de fusión se haya solidificado nuevamente. Controlada a través de una interfaz digital, la cámara toma medidas poco después de que se desactiva el láser y antes de aplicar una nueva capa de polvo.
Estas mediciones proporcionan información valiosa sobre varios efectos térmicos, por ejemplo el comportamiento de enfriamiento después del proceso de fusión y la disipación de calor a través del lecho de polvo. Estos datos permiten ajustar el control de calentamiento del componente para optimizar la calidad del producto final y evitar la producción de piezas defectuosas.
Las imágenes termográficas se pueden evaluar fácilmente
La cámara infrarroja PI640 de Optris tiene una interfaz USB conectado a una computadora, en el que está instalado el software de análisis PIX Connect especialmente desarrollado. Esta cámara termográfica permite un análisis preciso y eficiente en tiempo real de imágenes termográficas.
El Software de conexión PIX, que viene de serie con las cámaras infrarrojas Optris, ofrece amplias funciones para la captura y análisis de imágenes, así como para el archivo de las grabaciones. Andreas Vogelpoth destaca la importancia del formato abierto para el almacenamiento de imágenes, que permite una integración perfecta en varios sistemas y un procesamiento posterior sencillo de los datos. Además, la interfaz fácil de usar de PIX Connect facilita mucho la evaluación de las imágenes termográficas.
Ha existido durante unos cinco años. PI640 utilizado en Fraunhofer ILT y reemplazó allí los pirómetros que solo permitían mediciones selectivas de temperatura. "En general, la cámara de infrarrojos de Optris se adapta muy bien a nuestros objetivos", resume Tim Lantzsch: "Es compacta, por lo que es fácil de integrar mecánicamente y fácil de usar". Esto hace que la cámara de infrarrojos PI640 sea un instrumento valioso para mediciones precisas de temperatura. y análisis en la fabricación aditiva y más allá.
Häufige Fragen
¿Cómo funciona el proceso LPBF?
El Fusión de lecho de polvo láser (LPBF) es una forma de impresión 3D y permite la fabricación aditiva de geometrías complejas que son difíciles o imposibles de producir utilizando métodos convencionales. Una vez finalizado el proceso de impresión, se elimina el exceso de polvo y, si es necesario, se vuelve a trabajar el componente.
¿Qué es el procedimiento SLM?
SLM significa La fusión selectiva por láser es un proceso de fabricación aditiva en el que un láser de alta precisión fusiona polvo metálico capa por capa. Se pueden crear componentes complejos directamente a partir de los datos CAD. Un diseño digital se descompone en finas secciones transversales, que luego el láser funde punto por punto y capa por capa sobre la plataforma de construcción. Este proceso permite la producción de componentes de alta densidad y estructuras complejas que a menudo son imposibles de producir con métodos convencionales.
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Los autores son Andreas Theilacker y Torsten Czech, ambos ingenieros de Optris GmbH en Berlín.