SLM Solutions永久過濾模塊PFM加速選區(qū)激光熔化技術的工業(yè)化進程

來源：斯棱曼激光科技

除了更大的成形尺寸、更快的成形效率、更高的成形精度，在選區(qū)激光熔化技術的工業(yè)化進程中，過濾系統(tǒng)的持久性及穩(wěn)定性同樣決定了批量化生產(chǎn)的加工速率及成形質量。

為滿足批量化生產(chǎn)中各行業(yè)對于零件質量及穩(wěn)定性的嚴苛要求，配置齊全且性能優(yōu)異的過濾系統(tǒng)的必不可少的。在成形的過程中，激光熔化粉末床時產(chǎn)生的煙塵以及飛濺將由惰性氣體風場帶出成形艙，經(jīng)由濾芯進行收集和過濾，實現(xiàn)廢棄物的收集以及惰性氣體的再循環(huán)。對于單次打印任務而言，一次性濾芯足以滿足過濾要求。但隨著工業(yè)化進程的開展，打印時間的增加以及重復打印任務的增多，當濾芯因容積變小致使內部壓力上升時，便需要停機對濾芯進行更換和處理，而這顯然無法滿足批量化增材制造的需求。

△從右到左：SLM®500生產(chǎn)型設備-PFM永久過濾模塊-PSV閉環(huán)粉末供應系統(tǒng)-PRS拆件站

作為選區(qū)激光熔化技術的先驅者，SLM Solutions一直致力于適合批量化生產(chǎn)的金屬增材制造設備及相關技術的開發(fā)。為避免更換濾芯，確保長期穩(wěn)定的過濾效果及打印質量，SLM Solutions推出了多功能的PFM永久過濾模塊。風場帶出的煙塵和飛濺被集中到燒結式過濾器，隨后將觸發(fā)傳感器，加入阻聚涂層顆粒進行覆蓋，使所收集的粉塵鈍化并進行干燥處理。在批量化生產(chǎn)中，PFM將重復此步驟直至收集桶填滿，在最后一層阻聚涂層顆粒填充完畢后，收集桶將從惰性環(huán)境中移出。

SLM Solutions為燒結式過濾器開發(fā)了一個特殊的蓋子，并為該設計申請了專利，用于控制氧氣的暴露速率，以保證粉塵在48小時內被鈍化。通過阻聚涂層顆粒和可控制氣體環(huán)境的燒結式過濾蓋，充分保障了PFM以及廢棄物處理的安全性。

△PFM永久過濾模塊

△PFM工藝示意圖

過濾過程可以與成形過程同步進行，且不會影響設備的打印過程。若在打印任務開始前收集桶容量已不足25%，打印任務將無法啟動。若在收集桶在成形過程中填滿，收集桶將會自動關閉，由漏斗作為內部容器繼續(xù)收集廢棄物，內部漏斗擁有足夠大的容量能夠確保該打印任務可以不間斷地完成。而在此過程中使用者也可以隨時對收集桶進行更換，以便后續(xù)打印任務的順利進行。

PFM具備自清潔功能，當設備需要更換打印材料時，僅需要更換收集桶，過濾器無需更換，使用氣體清潔即可使用。

阻聚涂層的選擇：

SLM Solutions所使用的阻聚涂層顆粒具有阻斷和消除的功能。阻斷功能可避免高密度自燃廢棄物的形成和團聚，同時可以防止快速氧暴露。消除功能則是在發(fā)生反應后，阻聚涂層顆粒熔化并包覆廢棄物使其失去活性并停止反應，同時，這一過程還可以迅速分散局部溫度，防止反應的進一步發(fā)生。通常，在同類型的阻聚材料中碳酸鈣使用較多，但在實際使用中碳酸鈣可能會引起其他反應，相比之下，SLM Solutions所使用的阻聚涂層顆粒則會更加安全可靠。

氧化過程的控制：

SLM Solutions通過控制暴露的氣體環(huán)境可實現(xiàn)廢棄粉塵的完全鈍化，整個處理工藝中所使用的材料以及所得到的廢棄物均為干物質，經(jīng)由收集桶集中收集，可大幅簡化后續(xù)的廢棄物處理程序。若是將廢棄粉塵埋在碳酸鈣中，很難確保粉塵顆粒能夠完全鈍化，仍然具有發(fā)生爆炸的可能性及危險性。

△收集桶內廢棄物處理示意圖

△可移交干物質處理的廢棄物收集桶

PFM永久過濾模塊的優(yōu)勢：

(1)PFM具有自清潔功能，裝滿或堵塞后無需更換或維護濾盒，不會影響打印過程，有效減少了設備的停機時間。在理論情況下，PFM無壽命期限限制，僅需定期進行維護、重新注入阻聚涂層顆粒并清除廢料，即可保證10年以上的使用壽命。

(2)通過燒結式過濾器提高過濾性能及工藝穩(wěn)定性，使得系統(tǒng)內的氣體流量更加穩(wěn)定，不會出現(xiàn)因過濾器堵塞而產(chǎn)生逆向壓力。其運作過程中噪音更小，同時減輕了氣泵的工作量，從整體上提高了設備的運行性能。

(3)減低消耗成本，消除濾芯成本。阻聚涂層顆粒的售價為40歐元/12公斤，單個收集桶僅需使用5kg阻聚涂層顆粒，從批量化生產(chǎn)的長期使用需求來看，使用PFM將更為經(jīng)濟。

(4)采用全自動PLC控制與監(jiān)控。

(5)采用閉環(huán)設計，保證全密封環(huán)境，大大降低了粉塵顆粒發(fā)生反應的可能性。