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多家金属3D打印制造商研发出多激光、超大型金属
发表日期:2020-12-09 16:39 浏览次数:124

自SLM Solutions正式发布其下一代12激光金属3D打印机之后, Additive Industries以及3D Systems随即也公布了多激光金属3D打印机的研发进程。而多激光的概念早就超越了我们的传统认知,向着5激光、8激光甚至更多数量发展。到目前为止,从事该技术开发的企业和机构明确的已有五家。本期,我们一一介绍他们的技术亮点,并在最后对比国内玩家当前金属3D打印机发展关注的重点。

 

Fraunhofer——5振镜、可扩展的下一代金属3D打印技术

弗劳恩霍夫基于粉末床的金属3D打印技术新型加工解决方案是其FutureAM项目的一部分。该项目于2017年11月推出,旨在将金属部件的增材制造加速至少10倍,重点呈现从订单到完成金属3D打印组件的数字和物理增值的整体视图,目标是向增材制造的新一代技术迈进。该项目截至本月结束,所有课题均取得了技术上的飞跃。

 

基于此所开发的原型机集成了五个激光扫描系统,其最大制造尺寸为1 m x 0.8 m x 0.5 m。为了提高系统的生产率,Fraunhofer采用了扫描振镜和线性轴系统的同步运动(也即光学系统可移动),这便为打印尺寸的可扩展提供了可能。这也是与其他品牌的产品相比最大的亮点,从此,基于SLM工艺的金属3D打印技术的成型尺寸可能不再受限制。

Fraunhofer 多激光3D打印的下一代劳斯莱斯发动机的演示器组件

 

SLM Solutions——12激光、双向铺粉、大层厚烧结工艺的搭配

SLM Solutions 12激光设备的上市对于整个制造业尤其是金属增材制造行业来说无异于一场技术革命,具有里程碑式的意义,它必将引起一系列的追赶浪潮。配备12台1千瓦的激光器和0.6 x0.6 x0.6 mm的成型舱室,新设备比SLM 280单激光设备快了20倍;同时使用光学变焦等创新技术、全新优化的风场舱室设计以及成熟的烧结多孔风墙专利技术,使其能够达到最佳的生产效率和稳定性。

 

除了激光数量的增加,该设备同时配备双向铺粉和大层厚烧结工艺,三者的配合无疑会带来一场关于打印速度的革命,使打印速率提高到1000ml/h及以上成为现实。

 

为了便于将新设备集成到工厂和供应链中,SLM Solutions还将自动成型缸替换、自动打印开启以及外部预热站和外部除粉站等自动化功能集成其中,在提高生产效率和降低人的参与的同时,使其更加满足工业自动化的发展要求。

新设备打印的大尺寸IN718中框组件,φ560*427.5mm

 

Velo 3D——8激光、一键式校准、可质量追踪的无支撑SLM解决方案

Velo 3D是业内第一家推出商业多激光金属3D打印机的企业,这家公司能够像往常一样备受关注,仍然是其解决了该技术所固有的多个痛点。配备8台1KW的激光器,成型尺寸保持了一贯的光学设计、重复涂铺技术、气流技术和计量系统等体系结构,Flow预处理和Assure质量控制软件也集成在内。

Velo3D Sapphire XC 3D打印机

 

Velo 3D最亮眼的技术除了无支撑外,还包括预检和自动校准功能,系统在设备打印前会对光斑、激光叠加精度、窗口镜、传感器等进行预检和自动校准,在打印过程中也会时刻跟踪每一层的关键参数,如粉末平整度、熔池数据等是否符合规格。这些措施相比其他品牌极大保证了制造的安全度,同时降低了操作人员对设备调试能力的要求;其质量追踪系统可以逐层提取和跟踪数据,监视构建过程的任何缺陷,确保生产质量,并最终提供详细的构建报告。

Sapphire XC配备Velo3D集成化的解决方案

 

Velo 3D要解决的是一切在生产中遇到的设备操作、打印失败、后处理以及后检测的难点,让金属3D打印更方便、更进一步、更低成本的落地应用。

 

3D Systems——受美军方委托开发世界上最大、最快、最精确的金属3D打印机

如标题所示,3D Systems在美国陆军研究实验室(ARL)作战能力发展司令部处获得了1500万美元的机器开发合同,所设计的金属3D打印系统配备9台激光器,成型尺寸达到1m x 1m x 0.6 m。美军方希望将其用于满足武装部队的弹药、地面车辆、直升机和导弹防御需求。

3D Systems大型设备的关键器件源于其成熟的DMP打印机技术

 

上月,新系统的第一份测试打印已经完成。该机器的光学系统能够为九台激光器中的每一台提供单独的熔池监控系统,从而改善零件质量控制。由于采用了几乎相同的光学系统,新机器能够利用公司现有的材料工艺库。3D Systems还将六台高对比度单镜头反光(SLR)摄像机集成到机器的构建室内,从而可以进行现场监控。除了粉末床图像外,该系统的固件还可以捕获传感器数据、位置数据和熔池数据,并将所有数据整理到SQL数据库中,以待全面了解零件质量。

3D systems DMP Inspection自动执行数据分析

 

与传统的PBF技术不同,新设备采用了选择性粉末沉积工艺,仅通过在需要的地方沉积材料,因此可以减少在打印非常大尺寸零件时所需要的金属粉末的用量。与其他品牌的不同之处还包括,新设备使用真空构建室,氧气含量可保持在25ppm以下,氩气的消耗大约相当于其他类型金属3D打印机的十分之一,从而使零件具有较高的化学纯度,显著降低机器运行期间氩气的总购买成本,并通过提高粉末的可重复使用性来节省总成本。

 

Additive Industries明年推出10激光金属3D打印机

Additive Industries虽被我们提及不多,但它的实力不容小觑。这家荷兰3D打印机制造商在2015年就推出了大型设备,并在汽车和航空航天获得应用。

 

近日,该公司公布了其在研产品的研究进展,新型MetalFAB-600配备10台1kW激光器,建造尺寸为0.6 m x 0.6 m x 1 m,打印速度可以达到1000ml/h。新打印机还将实现关键生产流程的自动化,如粉末处理、激光对准和校准,以最大程度地提高机器产能。

MetalFAB-600将于2021年底正式推出,主要面向传统的铸造和机械加工行业。
 

结束语

从五家企业/机构推出的新一代金属粉末床激光熔融设备来看,成型尺寸多聚焦在600mm左右,相比此前多流行的400mm,可谓上升一代。此外,新一代的叫法,还体现在激光数量的增加。从单激光、双激光、四激光,如今的产品突破了人们对金属3D打印机(SLM)设计极限和制造极限的认知。

 

相比于国外玩家把研发重点放在增加激光数量、提高效率上,国内厂商则更多倾向把设备做大,通过增加激光数量来提高制造效率还并未成为国内玩家的关注焦点,依赖质量追踪手段来摆脱技术落地应用痛点的努力也稍显不足。

 

在粉末床激光熔融系统中,大型组件的质量保证至关重要,任何制造失败都会造成严重的经济损失,而集成化的解决方案已经证明可以生产出更高产量的高质量零件。在此之后的很长一段时间内,国内可能还会继续追赶国外同类技术。