下一代粉末床激光熔融3D打印技术SLM系统的蓝图

发布时间：2018/1/25 0:15:30

增材制造在工业生产中变得越来越重要，决定性的因素是零件尺寸的可扩展性和增材制造系统的生产力。在此背景下，德国Fraunhofer(弗劳恩霍夫)激光技术研究所(ILT)的科学家正在进一步开发选择性激光熔融(SLM)技术。

为此，Fraunhofer在亚琛建立了一个新的SLM实验室系统。该系统具有1000 mm x 800 mm x 500 mm的有效可用构建体积，能够快速制造大型金属部件，并且工艺可靠性高。

气体保护策略与激光加工策略

通过测试系统，Fraunhofer ILT希望证明大型SLM系统也是可行的。开发工作的一个重点是暴露和保护气体流量的新策略，原来的惰性气体保护策略对于非常大的构建体积不再有效。为此，Fraunhofer ILT的科学家正在将他们的方法放在小型可移动加工头上，并采用局部屏蔽系统，确保在每个加工点都有恒定的惰性气体流，从而用于构建大尺寸的零件。

尝试采用不同的激光和光学系统

在Fraunhofer ILT，科学家正在测试带有光纤激光器的系统以及具有成本效益的二极管激光器。除了使用带有当前普遍采用的振镜的扫描仪系统之外，他们还正在研究具有高动态线性轴和多个可单独控制的二极管激光器的移动加工头。这种多点处理的优点是能够通过增加激光束源的数量来显著并且成本有效地增加系统的构建速率。这种新的系统设计理念，允许通过延长轴系的行程长度来增加构建体积，而不改变光学系统。Fraunhofer ILT发现两种光学系统都有其各自的优点和缺点，所以Fraunhofer ILT将继续探索这两种方法。

Fraunhofer ILT的研究结果将为当前的粉末床激光熔融制造商打下新的基础，开发和构建下一代SLM系统。Fraunhofer ILT的目标是这个系统能够成功地应用于批量生产。新的SLM系统的可扩展性是一大特色：因为不需要调节保护气体系统和光学系统，所以比以前更容易使构建体积得到有效扩展以满足不同的应用。

智能处理策略增加了价值

Fraunhofer ILT的科学家不仅开发系统技术，而且开发高效的流程管理参数。产品创造的附加价值是通过智能曝光和路径规划策略以及合适的工艺参数创建的。这一发展的长期目标不仅仅是为了开创可持续管理的新应用，而且也是为了解决零件构建过程中内部热应力和可持续地控制零件扭曲变形等挑战。*重要的是，新系统将满足轻量化设计和一体化功能实现的新趋势，为航空航天、汽车和模具制造行业等要求严格的行业制造大型的功能优化的结构组件。

国际上，包括GE，Additive Industries,还有来自硅谷斯坦福背景的创业公司Seurat都在发力大尺寸粉末床激光熔融技术。

其中，Seurat的技术*初是由劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的一个团队开发的。不仅为了更大，还追求更快，Seurat在2016年提交的一项专利详细介绍了一种由“粉末床成像的二维能量图案化系统”组成的3D打印过程。这表明，Seurat正在探索一种金属3D打印工艺，该工艺采用“二维图案化的能量束“来熔融金属粉末，这也能够将激光器的能量发挥更大的效率。虽然是家初创企业，Seurat的前景不容低估，刚刚的A轮融资就获得了GE的跟投，而Seurat的创始人和首席技术官均来自斯坦福大学，其中一位具有麻省理工本科和斯坦福的硕士与博士学历。

不过对于中国企业来说，在这条竞技之路上，获得Fraunhofer的专利授权是一个可以考虑的思路。Fraunhofer专注于研发，大量的专利技术由Fraunhofer开发出来，并授权给各行各业的企业和Fraunhofer孵化出来的企业。

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