Kaip metalo 3D spausdinimas padeda išlaikyti galingų lazerių tikslumą: FTMC siūlo naują sprendimą
Kartais lazerį išderina ne mechaninis smūgis, o vos keli netolygiai pasiskirstę šilumos laipsniai. Įkaitę komponentai gali deformuotis, pakeisti optinių elementų padėtį ir sutrikdyti visos sistemos veikimą.
FTMC Lazerinių technologijų skyriaus 3D technologijų ir robotikos laboratorijos „3DLab“ komanda šią problemą sprendžia praktiškai – projektuoja ir metalo 3D spausdinimo būdu gamina komponentus su jų viduje integruotais aušinimo kanalais. Šios kompetencijos šiuo metu pritaikomos tarptautiniame „LASER-PRO“ projekte, kuriame FTMC kartu su Čekijos partneriais „HiLASE Centre“ ir „CARDAM“ kuria šilumos valdymo sprendimus pažangioms lazerinėms sistemoms.
Kai svarbiausia – detalės vidus
Įprastai metalinė detalė frezuojama, gręžiama arba surenkama iš kelių dalių. Tačiau taip ne visada įmanoma sukurti sudėtingus kanalus giliai komponento viduje. Metalo 3D spausdinimas leidžia detalę formuoti sluoksnis po sluoksnio. Dėl to jos viduje galima sukurti spiralinius, išsišakojančius ar daugiakanalius takus ir aušinimo skystį nukreipti tiksliai ten, kur susidaro didžiausia šiluma. Paprasčiau tariant, tai primena gerai suplanuotą vamzdyną pastato sienose: iš išorės jo beveik nematyti, tačiau nuo jo priklauso, ar visa sistema veiks stabiliai.
„Didelės galios lazerinėse sistemose svarbu ne tik pašalinti susidarančią šilumą, bet ir užtikrinti, kad ji nedeformuotų komponentų ir neišderintų optinės sistemos. Metalo 3D spausdinimas leidžia mūsų komandai kurti sudėtingus vidinius aušinimo kanalus ir viename komponente integruoti funkcijas, kurių tradiciniais gamybos metodais dažnai neįmanoma įgyvendinti. Praktinė tokio sprendimo nauda – kompaktiškesnės, stabilesnės ir patikimai ilgą laiką veikiančios lazerinės sistemos“, – sako FTMC „3DLab“ vyr. mokslo darbuotojas dr. Genrik Mordas.
Nuo skaitmeninio modelio iki metalinio prototipo
FTMC „3DLab“ stiprybė – galimybė vienoje vietoje įgyvendinti visą technologinę grandinę. Pirmiausia komponentas suprojektuojamas skaitmeniniu būdu. Tuomet modeliuojama, kaip jo viduje judės aušinimo skystis, kaip pasiskirstys šiluma ir ar detalė išliks mechaniškai stabili. Po to komponentas pagaminamas metalo 3D spausdinimo sistema „EOS M280“ ir vertinamas laboratorijoje. Toks procesas leidžia neapsiriboti teoriniu modeliu. Sprendimą galima realiai pagaminti, išbandyti, įvertinti jo kokybę ir, remiantis rezultatais, tobulinti konstrukciją. Prie projekto dirbantis FTMC doktorantas Karolis Stravinskas optimizuoja metalo 3D spausdinimo procesą, gamina vystomus komponentus, vertina jų kokybę ir kartu su komanda ieško efektyvesnių konstrukcinių sprendimų. „LASER-PRO“ projekte FTMC komanda kuria aušinimo plokštes, lazerio spindulio sugėriklius, oro aušinimo elementus ir korpusus su integruotais aušinimo kanalais.
Nuo laboratorinio sprendimo – iki realaus pritaikymo
FTMC „3DLab“ jau yra sukūrusi oro aušinamą metalinį veidrodį didelės galios lazeriams. Šis pavyzdys parodė, kad metalo 3D spausdinimas gali būti naudojamas ne tik greitiems prototipams, bet ir funkcionaliems komponentams, kuriuose vienu metu sprendžiami keli uždaviniai – šilumos valdymas, mechaninis stabilumas ir konstrukcijos kompaktiškumas. Būtent čia atsiskleidžia kelias iš laboratorijos į rinką – nuo idėjos ir skaitmeninio modelio iki išbandyto, praktiniam pritaikymui parengto sprendimo. Laboratorijoje sukurta idėja pereina kelis etapus:
skaitmeninis modelis → simuliacija → metalinis prototipas → eksperimentinis vertinimas → pritaikymui parengtas sprendimas.
Tokie komponentai ateityje gali padėti gaminti kompaktiškesnes, stabilesnes ir ilgiau patikimai veikiančias lazerines sistemas.
Pritaikymas – ne tik lazerių pramonėje
Efektyvus šilumos valdymas svarbus visur, kur daug galios sutelkiama mažoje erdvėje. Todėl panašūs 3D spausdinti komponentai gali būti aktualūs puslaidininkių gamybos įrangai, elektronikos aušinimui, kosmoso technologijoms, medicinos prietaisams, gynybos sistemoms ir kitoms aukštos pridėtinės vertės inžinerinėms sistemoms. Iki „LASER-PRO“ projekto pabaigos partneriai planuoja sukurti ir realiomis sąlygomis išbandyti naujos kartos šilumos valdymo komponentus lazerinėms sistemoms. 3D spausdinimas šiuo atveju tampa ne tik gamybos būdu. Jis leidžia komponentą projektuoti pagal jo būsimą funkciją – kaip turi judėti aušinimo skystis, sklisti šiluma ir išlikti stabili visa sistema.
Daugiau apie „LASER-PRO“ projekte vystomus sprendimus – projekto svetainėje.
Apie projektą
Straipsnyje pristatomi sprendimai kuriami tarptautiniame projekte „LASER-PRO Excellence Hub“.
Projekto numeris: 101186838
Finansavimas: Finansuoja Europos Sąjunga.
Šiame straipsnyje išreikštos nuomonės ir požiūriai yra tik autoriaus (-ių) ir nebūtinai atspindi Europos Sąjungos ar Europos mokslinių tyrimų vykdomosios įstaigos (REA) nuomonę. Nei Europos Sąjunga, nei Europos mokslinių tyrimų vykdomoji įstaiga (REA) negali būti laikomos už jas atsakingomis.