下一代粉末床激光熔融3D打印技術SLM系統(tǒng)的藍圖

增材制造在工業(yè)生產中變得越來越重要，決定性的因素是零件尺寸的可擴展性和增材制造系統(tǒng)的生產力。在此背景下，德國Fraunhofer（弗勞恩霍夫）激光技術研究所（ILT）的科學家正在進一步開發(fā)選擇性激光熔融（SLM）技術。為此，Fraunhofer在亞琛建立了一個新的SLM實驗室系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有1000 mm x 800 mm x 500 mm的有效可用構建體積，能夠快速制造大型金屬部件，并且工藝可靠性高。

Fraunhofer ILT圖片來源：Fraunhofer ILT

氣體保護策略與激光加工策略
通過測試系統(tǒng)，Fraunhofer ILT希望證明大型SLM系統(tǒng)也是可行的。 開發(fā)工作的一個重點是暴露和保護氣體流量的新策略，原來的惰性氣體保護策略對于非常大的構建體積不再有效。為此，Fraunhofer ILT的科學家正在將他們的方法放在小型可移動加工頭上，并采用局部屏蔽系統(tǒng)，確保在每個加工點都有恒定的惰性氣體流，從而用于構建大尺寸的零件。

嘗試采用不同的激光和光學系統(tǒng)
在Fraunhofer ILT，科學家正在測試帶有光纖激光器的系統(tǒng)以及具有成本效益的二極管激光器。除了使用帶有當前普遍采用的振鏡的掃描儀系統(tǒng)之外，他們還正在研究具有高動態(tài)線性軸和多個可單獨控制的二極管激光器的移動加工頭。這種多點處理的優(yōu)點是能夠通過增加激光束源的數量來顯著并且成本有效地增加系統(tǒng)的構建速率。這種新的系統(tǒng)設計理念，允許通過延長軸系的行程長度來增加構建體積，而不改變光學系統(tǒng)。Fraunhofer ILT發(fā)現兩種光學系統(tǒng)都有其各自的優(yōu)點和缺點，所以Fraunhofer ILT將繼續(xù)探索這兩種方法。

Fraunhofer ILT的研究結果將為當前的粉末床激光熔融制造商打下新的基礎，開發(fā)和構建下一代SLM系統(tǒng)。Fraunhofer ILT的目標是這個系統(tǒng)能夠成功地應用于批量生產。新的SLM系統(tǒng)的可擴展性是一大特色：因為不需要調節(jié)保護氣體系統(tǒng)和光學系統(tǒng)，所以比以前更容易使構建體積得到有效擴展以滿足不同的應用。

智能處理策略增加了價值
Fraunhofer ILT的科學家不僅開發(fā)系統(tǒng)技術，而且開發(fā)高效的流程管理參數。產品創(chuàng)造的附加價值是通過智能曝光和路徑規(guī)劃策略以及合適的工藝參數創(chuàng)建的。這一發(fā)展的長期目標不僅僅是為了開創(chuàng)可持續(xù)管理的新應用，而且也是為了解決零件構建過程中內部熱應力和可持續(xù)地控制零件扭曲變形等挑戰(zhàn)。最重要的是，新系統(tǒng)將滿足輕量化設計和一體化功能實現的新趨勢，為航空航天、汽車和模具制造行業(yè)等要求嚴格的行業(yè)制造大型的功能優(yōu)化的結構組件。

國際上，包括GE，Additive Industries,還有來自硅谷斯坦福背景的創(chuàng)業(yè)公司Seurat都在發(fā)力大尺寸粉末床激光熔融技術。其中，Seurat的技術最初是由勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的一個團隊開發(fā)的。不僅為了更大，還追求更快，Seurat在2016年提交的一項專利詳細介紹了一種由“粉末床成像的二維能量圖案化系統(tǒng)”組成的3D打印過程。這表明，Seurat正在探索一種金屬3D打印工藝，該工藝采用“二維圖案化的能量束“來熔融金屬粉末，這也能夠將激光器的能量發(fā)揮更大的效率。雖然是家初創(chuàng)企業(yè)，Seurat的前景不容低估，剛剛的A輪融資就獲得了GE的跟投，而Seurat的創(chuàng)始人和首席技術官均來自斯坦福大學，其中一位具有麻省理工本科和斯坦福的碩士與博士學歷

來源：3D科學谷
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