基于粉末床的多激光束3D打印系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

作者：鐳明激光

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時間：2018-03-15

在傳統(tǒng)機加工行業(yè)，有一個名詞叫聯(lián)動加工- simultaneous machining。這其中，五軸聯(lián)動數(shù)控機床的加工效率相當(dāng)于兩臺三軸機床，工件一次裝夾就可完成五面體的加工，適合對復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工。

無獨有偶，在粉末床為基礎(chǔ)的3D打印工藝方面，也存在著類似于" simultaneous machining"的聯(lián)動加工方式。多光束激光成型系統(tǒng)，是區(qū)別于單激光SLM及SLS打印機的新型粉末床激光成型設(shè)備，是金屬及高分子粉末材料面向高效率、大尺寸及批量制造的新一代成型工藝，是粉末床激光成型工藝發(fā)展的新趨勢。本期，我們借助3D打印技術(shù)參考所分享的視角來了解多激光束加工的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)。

3D打印

是趨勢

也是挑戰(zhàn)

-- 擴展打印尺寸、大型零件一體成型

多激光打印系統(tǒng)的定位在于打破當(dāng)前3D打印技術(shù)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品尺寸的限制。當(dāng)前，多光束包括雙光束、三光束及四光束，雙光束如華曙新發(fā)布的HT1001P大尺寸尼龍機、FS421M金屬機以及SLM Solution SLM280，四光束如EOS M400、SLM Solution SLM 500、鉑力特BLT-S500。

例如，華曙HT1001P打印尺寸達(dá)到1000×500×450mm，可實現(xiàn)大型產(chǎn)品的一體化成型和小型產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。

-- 效率極大提升

通俗來講，四激光系統(tǒng)代表著可以同時打印四個零件，與單激光系統(tǒng)相比，大大減少了打印前期的多次準(zhǔn)備時間，雖然其鋪粉的行程長、打印零件多，但四激光同時打印造成的單層花費時間卻并未延長。

EOS M400配備了四臺400W的激光器，每臺激光器負(fù)責(zé)250×250mm的構(gòu)建區(qū)域(有50mm重疊)，可同時制造4個部件，成型尺寸為400×400×400mm，比單激光系統(tǒng)生產(chǎn)效率提升四倍。而SLM Solutions的SLM 500的成型尺寸達(dá)500×280×365mm，相比于其雙激光系統(tǒng)的SLM280，加工效率提升近90%。

-- 提升產(chǎn)能效益

由于成型空間的增大，意味著一臺設(shè)備可以一次完成多臺設(shè)備的加工任務(wù)，這對于大型制造商來說可以減少設(shè)備的購入數(shù)量、降低設(shè)備成本、人員維護(hù)成本以及設(shè)備使用空間成本等。

-- 挑戰(zhàn)

多激光系統(tǒng)不僅意味著可以將零件做大、實現(xiàn)批量制造，里面涉及的技術(shù)挑戰(zhàn)也有很多。

挑戰(zhàn)1. 四激光打印機要求設(shè)備配備四套光學(xué)系統(tǒng)，四臺激光器、振鏡系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行是否順暢、能否保證光束和功率的穩(wěn)定性，零部件能否實現(xiàn)完美無縫拼接;

挑戰(zhàn)2. 四激光同時運行也意味著可能會出現(xiàn)更多的打印問題，熱場是否均勻，一個零件出現(xiàn)損壞如何避免影響到其他零件的打印;

挑戰(zhàn)3.四個零件能否具有同樣的性能，能否實現(xiàn)對不同零件采用不同的控制策略;

挑戰(zhàn)4.由于成型空間的增大，打印過程中的煙塵勢必更加難以去除，打印機能否實現(xiàn)一致的過程氣體管理。

挑戰(zhàn)5. 能否實現(xiàn)對粉末床、各種參數(shù)的實時檢測，并能做出反饋。

-- 小結(jié)

當(dāng)前，設(shè)備商或者說大客戶不再滿足于小批量制造，擴展打印尺寸、提高打印效率、進(jìn)一步降低設(shè)備購入成本、提高整體收益，是大型制造商努力追求的目標(biāo)。

多光束已經(jīng)成為粉末床激光成型工藝的新潮流，一要做大型零件，二要實現(xiàn)批量制造。多激光束新型設(shè)備的研發(fā)無不成為設(shè)備商競相追逐的焦點。為了配合效率的提高，無論尼龍機還是金屬打印機，實現(xiàn)內(nèi)部換缸、自動密閉篩送粉的無間斷生產(chǎn)也將作為新的技術(shù)形式予以體現(xiàn)。在多激光束趨勢發(fā)展背后，廣泛的監(jiān)控功能、控制功能以及可靠的打印工藝是確保高流程穩(wěn)定性和零件質(zhì)量的關(guān)鍵。

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