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从2到64,解读多激光金属增材制造的挑战与应对策略(上)

文章和图片来源:        时间:2024.09.29        点击率: 493

 

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,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。“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。


*雷尼绍的TEMPUS技术




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,

3月18日 09:00 - 17:30


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