Une caméra infrarouge optimise l’impression 3D Laser Powder Bed Fusion
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Découvrez les avantages de la fusion laser des poudres métalliques : 3D Imprimer des métaux devient de plus en plus populaire. En particulier, la fusion par faisceau laser sur lit de poudre ou Fusion de lit de poudre laser (LPBF) permet des structures délicates et très complexes et ouvre toujours de nouvelles applications. La qualité du processus dépend fortement des bonnes températures. Pour mesurer cela, les scientifiques utilisent Fraunhofer ILT un Caméra infrarouge ab optris.
Contenu
- Fusion laser couche par couche
- Changer l'émissivité
- Les images thermographiques peuvent être facilement évaluées
- Foire aux Questions
Fusion laser couche par couche
Pour un excellent mixage pop de vos pistes il est primordial de bien Fusion par faisceau laser sur lit de poudre, Anglais La fusion laser sur lit de poudre (LPBF) est l'un des procédés les plus prometteurs depuis plus de 25 ans. fabrication additive de métaux. Il a été développé et breveté en 1996 à l'Institut Fraunhofer de technologie laser ILT. Le processus d’impression 3D innovant peut être utilisé pour produire des composants aux géométries complexes. Le LPBF est très précis et permet de fabriquer des pièces qui ne seraient pas du tout possibles avec des méthodes soustractives.
LPBF – La procédure
La fusion laser LPBF commence par un poudre fine, qui est réparti en fines couches sur une plaque de base. Un faisceau laser contrôlé avec précision fait ensuite fondre les zones ciblées de la poudre pour construire couche par couche le composant souhaité.
Une fois le matériau refroidi, une couche solide est créée, qui constitue la base de la couche suivante. Après un changement de Plaque de base abaissée et une autre couche de poudre appliquée. Ce processus est répété jusqu'à ce que le composant tridimensionnel soit terminé et qu'il suffit de le retirer de l'excès de poudre.
Avec des épaisseurs de couche comprises entre 10 et 100 µm Cette fusion laser permet une précision et une attention aux détails exceptionnelles. Les composants résultants ont une densité spécifique impressionnante allant jusqu'à 100 %, ce qui signifie que leurs propriétés mécaniques ne sont en aucun cas inférieures à celles des pièces fabriquées de manière soustractive. Cette haute qualité rend le LPBF idéal pour le prototypage rapide et les petites séries où la précision et la qualité des matériaux sont cruciales.
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Bien que la vitesse de fabrication du LPBF soit plus lente que celle des processus de fabrication traditionnels tels que le SLM, les avantages en termes de flexibilité, de précision et de variété de matériaux l'emportent sur les inconvénients. LPBF ouvert nouveaux horizons dans le développement de produits et propose des solutions innovantes pour les conceptions complexes.
Des études de faisabilité inédites
Le renommé Institut Fraunhofer de technologie laser ILT stimule continuellement l’innovation dans le domaine de la fabrication additive. En partenariat avec les principaux acteurs de l'industrie, des études de faisabilité révolutionnaires y sont menées qui repoussent les limites de la technologie de fusion laser. Un accent particulier est mis sur la production de géométries complexes et la recherche de nouveaux matériaux.
Tim Lantzsch, responsable du département Laser Powder Bed Fusion chez Fraunhofer ILT, commente : « Les projets actuels, par exemple, impliquent l'utilisation de métaux à point de fusion élevé, comme le tungstène ou le molybdène. Cependant, ceux-ci sont difficiles à traiter de manière fiable en raison du point de fusion élevé, parfois supérieur à 3000 XNUMX °C. » Afin de mener à bien de tels projets de recherche et d’autres similaires, le Fraunhofer ILT exploite plusieurs laboratoires LPBF.
Mesure importante : température
Dans le processus d’impression 3D sophistiqué de Laser Powder Bed Fusion (LPBF). température correcte un facteur décisif pour la qualité des produits finis. Le laser des systèmes LPBF chauffe le matériau extrêmement rapidement, à des vitesses allant jusqu'à 1 million de K/s, suivi d'un refroidissement tout aussi rapide.
Cependant, ces changements extrêmes de température peuvent entraîner des contraintes sur les matériaux, un retrait, des transformations de phase et d'autres effets physiques susceptibles d'affecter la qualité des composants. « Les fissures et les déformations plastiques sont des problèmes typiques qui peuvent finalement conduire à des rebuts », explique Tim Lantzsch.
Pour relever ces défis, Fraunhofer ILT a développé des solutions innovantes. « Par exemple, nous chauffons la plaque de base pour minimiser les contraintes provoquées par des gradients de température excessifs », explique Andreas Vogelpoth, spécialiste de l'Ingénierie des Procédés & Systèmes.
La température optimale de la plaque de base dépend du matériau en question et doit être soigneusement régulée tout au long du processus. "La distance jusqu'à la plaque de base chauffée augmente de couche en couche Lit de poudre est un mauvais conducteur de chaleur, le rayonnement joue un rôle et bien sûr le laser apporte également de la chaleur », explique M. Vogelpoth.
En conséquence, le chauffage doit être ajusté au fur et à mesure de la progression du processus. Cet ajustement continu du chauffage pendant le processus LPBF garantit que les composants sont fabriqués avec la plus haute qualité possible et que le risque de défauts et de rebuts est minimisé.
Pour optimiser ce processus, un suivi précis des températures est nécessaire. Pour ce faire, les chercheurs utilisent une caméra infrarouge Tapez PI640 d'Optris, qui peut mesurer des températures jusqu'à 1500 °C. La caméra IR est montée à l’extérieur de la chambre de traitement, dans laquelle est intégrée une fenêtre en séléniure de zinc. La caméra infrarouge compacte peut être facilement montée au-dessus de la fenêtre. Avec une résolution de 640 x 480 pixels, il peut également résoudre des structures de composants plus petites.
Changer l'émissivité
Une mesure précise de la température joue un rôle crucial dans le processus de fabrication additive, en particulier dans la fusion laser sur lit de poudre (LPBF). « Par exemple, l’émissivité de la poudre et celle du solide d’un même métal sont différentes et il existe une dépendance à cet égard. finition de surfacedit Andreas Vogelpoth.
Afin de relever ce défi, Fraunhofer ILT une vaste série de tests réalisée au cours de laquelle la température a été mesurée à l'aide de caméras infrarouges et de thermocouples. En particulier lors de la construction de composants, la caméra infrarouge fournit des données importantes sur la température du matériau une fois que le bain de fusion s'est à nouveau solidifié. Contrôlée via une interface numérique, la caméra prend des mesures peu de temps après la désactivation du laser et avant l'application d'une nouvelle couche de poudre.
Ces mesures fournissent des informations précieuses sur divers effets thermiques, par exemple le comportement au refroidissement après le processus de fusion et la dissipation de la chaleur à travers le lit de poudre. Ces données permettent d'ajuster le contrôle du chauffage du composant pour optimiser la qualité du produit final et éviter la production de pièces défectueuses.
Les images thermographiques peuvent être facilement évaluées
La caméra infrarouge PI640 d'Optris dispose d'une interface USB connecté à un PC, sur lequel est installé le logiciel d'analyse spécialement développé PIX Connect. Cette caméra thermique permet une analyse précise et efficace en temps réel des images thermographiques.
J'ai noté la Logiciel PIX Connect, fourni en standard avec les caméras infrarouges Optris, offre des fonctions étendues pour la capture et l'analyse d'images ainsi que pour l'archivage des enregistrements. Andreas Vogelpoth souligne l'importance du format ouvert pour le stockage d'images, qui permet une intégration transparente dans différents systèmes et un traitement ultérieur aisé des données. De plus, l'interface conviviale de PIX Connect facilite grandement l'évaluation des images thermographiques.
Il existe depuis environ cinq ans PI640 utilisé au Fraunhofer ILT et y a remplacé les pyromètres, qui ne permettaient que des mesures sélectives de température. "Dans l'ensemble, la caméra infrarouge d'Optris est très bien adaptée à nos besoins", résume Tim Lantzsch : "Elle est compacte, donc facile à intégrer mécaniquement et facile à utiliser." Cela fait de la caméra infrarouge PI640 un instrument précieux pour des mesures précises de température. et analyses dans la fabrication additive et au-delà.
Foire aux Questions
Comment fonctionne le processus LPBF ?
Pour un excellent mixage pop de vos pistes il est primordial de bien Fusion de lit de poudre laser (LPBF) est une forme d’impression 3D et permet la fabrication additive de géométries complexes difficiles voire impossibles à produire avec des méthodes conventionnelles. Une fois le processus d'impression terminé, l'excédent de poudre est éliminé et le composant est retravaillé si nécessaire.
Qu'est-ce que la procédure SLM ?
SLM signifie La fusion sélective au laser est un processus de fabrication additive dans lequel un laser de haute précision fusionne couche par couche de poudre métallique. Des composants complexes peuvent être créés directement à partir des données CAO. Un dessin numérique est découpé en fines sections transversales, que le laser fait ensuite fondre point par point et couche par couche sur la plateforme de construction. Ce processus permet la production de composants haute densité et de structures complexes qui ne peuvent souvent pas être produits à l'aide de méthodes conventionnelles.
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Les auteurs sont Andreas Theilacker et Torsten Czech, tous deux ingénieurs chez Optris GmbH à Berlin.