基于粉末床的多激光束3D打印系統的發展現狀與挑戰
作者： 鐳明激光
時間：2018-03-15
在傳統機加工行業，有一個名詞叫聯動加工- simultaneous machining。這其中，五軸聯動數控機床的加工效率相當于兩臺三軸機床，工件一次裝夾就可完成五面體的加工，適合對復雜的空間曲面進行高精度加工。
無獨有偶，在粉末床為基礎的3D打印工藝方面，也存在著類似于" simultaneous machining"的聯動加工方式。多光束激光成型系統，是區別于單激光SLM及SLS打印機的新型粉末床激光成型設備，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展的新趨勢。本期，我們借助3D打印技術參考所分享的視角來了解多激光束加工的發展現狀與挑戰。
是趨勢
也是挑戰
-- 擴展打印尺寸、大型零件一體成型
多激光打印系統的定位在于打破當前3D打印技術的生產效率和產品尺寸的限制。當前，多光束包括雙光束、三光束及四光束，雙光束如華曙新發布的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打印尺寸達到1000×500×450mm，可實現大型產品的一體化成型和小型產品的批量化生產。
-- 效率極大提升
通俗來講，四激光系統代表著可以同時打印四個零件，與單激光系統相比，大大減少了打印前期的多次準備時間，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，每臺激光器負責250×250mm的構建區域(有50mm重疊)，可同時制造4個部件，成型尺寸為400×400×400mm，比單激光系統生產效率提升四倍。而SLM Solutions的SLM 500的成型尺寸達500×280×365mm，相比于其雙激光系統的SLM280，加工效率提升近90%。
-- 提升產能效益
由于成型空間的增大，意味著一臺設備可以一次完成多臺設備的加工任務，這對于大型制造商來說可以減少設備的購入數量、降低設備成本、人員維護成本以及設備使用空間成本等。
-- 挑戰
多激光系統不僅意味著可以將零件做大、實現批量制造，里面涉及的技術挑戰也有很多。
挑戰1. 四激光打印機要求設備配備四套光學系統，四臺激光器、振鏡系統協調運行是否順暢、能否保證光束和功率的穩定性，零部件能否實現完美無縫拼接;
挑戰2. 四激光同時運行也意味著可能會出現更多的打印問題，熱場是否均勻，一個零件出現損壞如何避免影響到其他零件的打印;
挑戰3.四個零件能否具有同樣的性能，能否實現對不同零件采用不同的控制策略;
挑戰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，打印機能否實現一致的過程氣體管理。
挑戰5. 能否實現對粉末床、各種參數的實時檢測，并能做出反饋。
-- 小結
當前，設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、進一步降低設備購入成本、提高整體收益，是大型制造商努力追求的目標。
多光束已經成為粉末床激光成型工藝的新潮流，一要做大型零件，二要實現批量制造。多激光束新型設備的研發無不成為設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，實現內部換缸、自動密閉篩送粉的無間斷生產也將作為新的技術形式予以體現。在多激光束趨勢發展背后，廣泛的監控功能、控制功能以及可靠的打印工藝是確保高流程穩定性和零件質量的關鍵。
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