起初数量从二变为四，接着到八，又迅速递增至十和十二。如今，在《TCT Magazine》中搜索“多激光”时，已有64激光的设备。
过去五年间，金属增材制造设备中激光器数量的持续增加令人兴奋，同时也表明粉末床技术取得了进步。然而，抛开生产效率的提升以及更大的成型体积不谈，这些系统正日益繁杂，每增加一个激光器或一毫米，都会给这项本就复杂的技术的工艺参数和工厂场地空间考量带来更多复杂性。
十多年前，Nikon SLM Solutions是率先推出多激光设备的公司之一，当时推出的双激光SLM 280就是其中的代表产品。该设备的硬件现已升级到第三代SLM 280 PS 版本，并已被奥迪和布加迪等品牌投入使用。然而，市场的接受程度并不总是与技术的发展同步，就像增材制造本身一样。
Nikon SLM Solutions的产品营销经理Benjamin Haas告诉TCT：“即便你能够熟练操控多台激光器共享同一空间，市场仍难以确信多激光系统中的部件质量没有问题。一旦理解了这一点，它就使得增材制造的应用规模得以扩大，而这反过来又需要更多的激光器来实现高效生产。”
现今，Nikon SLM Solutions旗舰机型为NXG XII 600，这是一台配备12台激光器、作业区域达600x600x600毫米的选择性激光熔化系统，总激光功率为12千瓦。该系统已被Divergent Technologies以及GKN Aerospace等企业采用，并且有多个用户安装了多台该设备。
*NXG XII 600
Haas解释道：“我们始终着眼于从构建作业开始到完成的整体生产率以及机器周转时间。凭借SLM 500，我们推出了第一个可拆卸的成型缸，把两次作业之间的时间压缩至不足一小时。在设计NXG时，显然我们会沿袭相同的理念。试想，当您正在拆包时，这么大的一台机器却处于闲置状态！”
这种端到端的考量极为关键。如果你的目标是制造大型或多个部件，一台大型机器当然很好，但你还需要考虑如何存储材料、取出部件以及维护和保养机器。这些是金属增材制造专家SJ Jones在评估任何新型多激光技术时会思考的问题。Jones表示：“这通常让我感到害怕。我该如何验证这一点？又该如何确保激光之间的准确性？倘若一个激光器出现故障，另一个激光器能否替代它？当我增添更多激光器时，与改进现有平台以使其更可靠或提供更多功能相比，我有很多事情需要担心。”英国制造技术中心的一份报告将多激光相互作用的效果认定为多激光增材制造（AM）技术所面临的重大技术挑战之一。若未能优化激光器之间的“缝合”可能会导致更高水平的缺陷。英国焊接研究所（The Welding Institute）的先进研究工程师Alex Hardaker在接受TCT采访时说表示：“根据经验表明，用户需要斟酌激光之间的相互作用。不仅要考虑单个部件上的激光重叠情况，还要考虑气流是否会将烟尘和飞溅物从一个熔池带到另一个激光处，从而影响另一个激光。在考量认证途径时，应考虑这些影响及其对制造部件的影响，这将增加所需的测试数量。另外，用户需要了解多激光设备随时间推移如何出现校准漂移，以及由此形成的零件特性，从而设定恰当的校准间隔。”Jones称：“这确实是我们正在努力攻克的物理难题。因为你只能向其中注入有限的热量与热能，会存在熔池、粉末物理学等问题。因此，找到激光器的最佳布局和数量非常重要。你想使用矩形布局还是圆形布局？预备怎样清洁窗口？另外，激光照射粉末床时存在最优和最劣角度。在这个小小的腔室内，存在着极为繁多的物理学现象！”
*nLIGHT光束整形激光器用于EOS金属增材制造系统Jones和Hardaker更关注的不是激光数量，而是束形和扫描策略等领域的渐进式发展。他们提及EOS和nLight之间的合作将实施一系列互补的基于激光的技术，并使 EOS用户能够访问不同的光束轮廓以提高生产率。去年，作为首批推出四激光打印机的公司之一，雷尼绍也采取了类似的迭代步骤，它选择放弃追求更多激光的趋势，推出了TEMPUS，这是一项基于新扫描算法的专利技术，允许其RenAM 500系统内的激光在粉末回收器移动时发射。
对多激光的需求主要由航空航天领域驱动。柯林斯航空航天公司在投资第一台SLM Solutions NXG XII 600系统的两年后，就购买了第二台。Sintavia是一家位于佛罗里达州的航空航天和国防金属增材制造供应商，该公司在4月概述了自 2019 年以来对设施和设备的最大投资计划，包括其第二台 NXG XII 600 和第三台AMCM M4K - 4系统。该公司亦是AMCM M8K-K的北美首发客户，此设备配备了八台激光器以及800×800×1200毫米的构建室。当时，Sintavia首席执行官Brian Neff评论道：“任何说增材制造没有规模经济的人，都没有使用过足够大的打印机。”然而，要确保达成此种效率水平需要付诸努力，正如Haas所解释的，更多的激光并非必然等同于每件零件的成本更低、生产效率更高或者零件质量相同。
*在TCT Japan展出的AMCM M 8K打印火箭部件Haas表示：“首先，关键问题在于：对于我想要瞄准的应用和业务案例，我需要多少种类型和功率的激光？其次，有许多技术边界条件，例如：我如何明智地使用我的激光器，以避免不必要的激光停机时间或干扰？倘若激光功率（因而能量）提升，我如何确保我的热管理，以避免结构问题并确保零件质量的一致性？若有多台激光器，特别是功率较高的激光器同时运行，那么于腔室内维持清洁的氛围便极为关键，故而在漫长的构建进程中始终保持气体流量质量的一致性对零件质量而言举足轻重。最终，一台机器的好坏取决于其工艺，因此我们的材料参数乃是确保我们的系统兑现其承诺的关键要素。”去年，GEAerospace增材技术中心负责人Chris Philp在与TCT参观GE Aerospace增材技术中心时，分享了如何根据不同的应用场景，同时使用单激光和多激光增材制造系统。对于已经成熟使用单激光增材制造系统生产的大型零件，再增加更多激光器就显得意义不大。对于已安装的四台四激光Concept Laser M Line系统，GE Aerospace正在探索如何利用它们，将基于单激光系统开发的零件的生产时间从一个月缩短至两周，且不影响零件质量。四激光系统能够带来的增长与效率的提升对GE Aerospace的未来至关重要。否则GE Aerospace将不得不建设多个工厂，而非仅此一个。*Concept Laser M Line
Hardaker补充道：“研究的出发点是基于同时使用单激光和多激光系统，并保持相似的打印条件和位置，比较二者生产出的零件差异。在扩大规模制造更大组件之前，最重要的是深入了解这些机器的基本原理。”在一期AdditiveInsight播客中，Additive Industries的打印工艺架构师Sandra Poelsma曾谈及如何将机器开发与终端用户的需求相匹配。Poelsma表示：“我常扪心自问，为什么？为什么要增加更多激光器？为什么要更大的打印平台？更大的打印平台当然能够生产更大的零件，但也需要更多的激光器来覆盖整个打印区域……更多的激光器带来了更大的挑战，激光器的校准至关重要，确保所有激光器同时正常工作也非常关键，但我也时常质疑，这对客户来说真的有价值吗？这真的有助于进一步推动增材制造技术，进一步降低生产障碍吗？”
在激光加工赛道，增材制造行业不应局限于自身竞争，如何与传统工艺并肩发展、同台竞技也是值得考量的。况且，相较于单纯增加激光数量，其他硬件开发可能对终端用户及效率提升产生更显著的影响。例如，OEM厂商是否能将粉末料斗做得更大，以便装载更多的粉末；未来是否会有一家OEM厂商与NIST或其它材料检测机构合作，提供资格认证框架，确保打印零件合格……更多的激光器当然也有其优势，可以将打印时间缩短至数小时甚至数天，提高生产效率，但在整个制造业的大背景下，增材制造实际上是与铸造和锻造等传统工艺竞争，打印速度并非唯一的衡量标准。
尽管中国在增材制造技术领域的起步时间较晚，但最新CONTEXT报告显示，中国工业级金属粉末床融熔系统的发货量同比增长45%，且该类别的全球前五名供应商中有四家来自中国。下篇将详细展开分析国内多激光金属增材制造的挑战与应对策略，敬请期待。*文中提到的公司不存在任何形式的商业合作、赞助、雇佣等利益关联。图片来自于网络，仅作辅助阅读的用途，不存在商业目的。版权归属于原作者，一旦有任何侵权之举，请权利人及时与我们联系，我们会即刻删除。
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