Аддитивное производство

Технология аддитивного производства (АП) позволяет быстро изготавливать под заказ легкие и сложные детали механизмов в автоматическом режиме.

Процесс АП предполагает создание конструкции с помощью послойного добавления материала, причем каждый слой представляет собой точное поперечное сечение этой конструкции. В аддитивном производстве, изначально использовавшемся для быстрого прототипирования, сегодня широко применяется лазерное оборудование. Это очень перспективная технология для серийного производства критически важных компонентов, даже с учетом строгих требований, которые предъявляют такие отрасли, как изготовление медицинских приборов и аэрокосмическая промышленность. К примеру, в одном недавно опубликованном исследовании предлагалось изготавливать все медицинское оборудование для будущих долгосрочных космических программ с помощью АП. Это позволило бы отказаться от полностью оснащенного медпункта на борту в пользу изготовления медицинских инструментов по цифровым шаблонам по мере надобности.

На раннем этапе развития технологии АП обычно использовались полимеры, а изготовленные из них конструкции служили прототипами для визуализации и моделями для создания литейных форм из расплавленного металла. Современные технологии (например, прямое выборочное лазерное сплавление металлов) значительно отличаются: лазеры выборочно сплавляют металлический порошок, за счет чего система производит полнофункциональные детали, а не прототипы. В подобных системах используется оптоволоконный лазер, как правило, мощностью в несколько сот ватт. Такой лазер параллельно излучает до 4 пучков.

Теперь необходимо упомянуть о разнице между использованием прототипов и серийным производством. Изготавливаемые детали должны отвечать окончательным техническим условиям, составленным в соответствии с особенностями их применения. Более того, в отличие от машинной обработки (и в некоторой степени от литья) в АП лазерная система определяет не только получаемую форму, но и ее физические свойства (прочность, качество поверхности и т. д.), что делает переработку невозможной.

Как и в полупроводниковой промышленности, для различных сфер применения технологии АП разрабатывают специальные «программы», включающие различные методики, исходные материалы (металлы и полимеры) и морфологию деталей. Эти программы включают в себя точные параметры лазера, такие как мощность, форма и размер пучка, энергия лазерного импульса и т. д.

Поскольку воспроизводимость играет ключевую роль в данном процессе, необходимо тщательно контролировать соответствующие параметры лазера. Значения мощности пучка, расположения и формы фокусного пятна не должны меняться с течением времени во всем рабочем поле, для каждого слоя и для всех используемых пучков и систем. Непростые требования для сложной и относительно новой технологии!

Компания Ophir предлагает решения для контроля этих критически важных параметров лазерного оборудования. Это оборудование для измерения мощности и энергии лазерного пучка, включающее в себя датчики, измерительные приборы, компьютерные интерфейсы и даже прибор для дистанционного измерения параметров (“Quasar”) для тех случаев, когда невозможно подключить датчик с помощью кабеля (например, при выполнении измерений внутри камеры). Кроме того, мы предлагаем ряд решений для анализа пучка, в том числе и отмеченный наградами прибор BeamWatch AM – первую бесконтактную систему контроля лазерного пучка, специально разработанную для технологии аддитивного производства. Она измеряет размер, расположение и качественные параметры пучка, включая размер фокусного пятна и каустику пучка, и позволяет измерять смещение фокуса при запуске лазера в режиме реального времени.