基于粉末床的多激光束3D打印系统的发展现状与挑战
作者： 镭明激光
时间：2018-03-15
在传统机加工行业，有一个名词叫联动加工- simultaneous machining。这其中，五轴联动数控机床的加工效率相当于两台三轴机床，工件一次装夹就可完成五面体的加工，适合对复杂的空间曲面进行高精度加工。
无独有偶，在粉末床为基础的3D打印工艺方面，也存在着类似于" simultaneous machining"的联动加工方式。多光束激光成型系统，是区别于单激光SLM及SLS打印机的新型粉末床激光成型设备，是金属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艺，是粉末床激光成型工艺发展的新趋势。本期，我们借助3D打印技术参考所分享的视角来了解多激光束加工的发展现状与挑战。
是趋势
也是挑战
-- 扩展打印尺寸、大型零件一体成型
多激光打印系统的定位在于打破当前3D打印技术的生产效率和产品尺寸的限制。当前，多光束包括双光束、三光束及四光束，双光束如华曙新发布的HT1001P大尺寸尼龙机、FS421M金属机以及SLM Solution SLM280，四光束如EOS M400、SLM Solution SLM 500、铂力特BLT-S500。
例如，华曙HT1001P打印尺寸达到1000×500×450mm，可实现大型产品的一体化成型和小型产品的批量化生产。
-- 效率极大提升
通俗来讲，四激光系统代表着可以同时打印四个零件，与单激光系统相比，大大减少了打印前期的多次准备时间，虽然其铺粉的行程长、打印零件多，但四激光同时打印造成的单层花费时间却并未延长。
EOS M400配备了四台400W的激光器，每台激光器负责250×250mm的构建区域(有50mm重叠)，可同时制造4个部件，成型尺寸为400×400×400mm，比单激光系统生产效率提升四倍。而SLM Solutions的SLM 500的成型尺寸达500×280×365mm，相比于其双激光系统的SLM280，加工效率提升近90%。
-- 提升产能效益
由于成型空间的增大，意味着一台设备可以一次完成多台设备的加工任务，这对于大型制造商来说可以减少设备的购入数量、降低设备成本、人员维护成本以及设备使用空间成本等。
-- 挑战
多激光系统不仅意味着可以将零件做大、实现批量制造，里面涉及的技术挑战也有很多。
挑战1. 四激光打印机要求设备配备四套光学系统，四台激光器、振镜系统协调运行是否顺畅、能否保证光束和功率的稳定性，零部件能否实现完美无缝拼接;
挑战2. 四激光同时运行也意味着可能会出现更多的打印问题，热场是否均匀，一个零件出现损坏如何避免影响到其他零件的打印;
挑战3.四个零件能否具有同样的性能，能否实现对不同零件采用不同的控制策略;
挑战4.由于成型空间的增大，打印过程中的烟尘势必更加难以去除，打印机能否实现一致的过程气体管理。
挑战5. 能否实现对粉末床、各种参数的实时检测，并能做出反馈。
-- 小结
当前，设备商或者说大客户不再满足于小批量制造，扩展打印尺寸、提高打印效率、进一步降低设备购入成本、提高整体收益，是大型制造商努力追求的目标。
多光束已经成为粉末床激光成型工艺的新潮流，一要做大型零件，二要实现批量制造。多激光束新型设备的研发无不成为设备商竞相追逐的焦点。为了配合效率的提高，无论尼龙机还是金属打印机，实现内部换缸、自动密闭筛送粉的无间断生产也将作为新的技术形式予以体现。在多激光束趋势发展背后，广泛的监控功能、控制功能以及可靠的打印工艺是确保高流程稳定性和零件质量的关键。
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