SLM Solutions永久過濾模塊PFM加速選區(qū)激光熔化技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)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(shù)的工業(yè)化進(jìn)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(zhì)量。

為滿足批量化生產(chǎn)中各行業(yè)對(duì)于零件質(zhì)量及穩(wěn)定性的嚴(yán)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(shí)產(chǎn)生的煙塵以及飛濺將由惰性氣體風(fēng)場(chǎng)帶出成形艙，經(jīng)由濾芯進(jìn)行收集和過濾，實(shí)現(xiàn)廢棄物的收集以及惰性氣體的再循環(huán)。對(duì)于單次打印任務(wù)而言，一次性濾芯足以滿足過濾要求。但隨著工業(yè)化進(jìn)程的開展，打印時(shí)間的增加以及重復(fù)打印任務(wù)的增多，當(dāng)濾芯因容積變小致使內(nèi)部壓力上升時(shí)，便需要停機(jī)對(duì)濾芯進(jìn)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(shè)備-PFM永久過濾模塊-PSV閉環(huán)粉末供應(yīng)系統(tǒng)-PRS拆件站

作為選區(qū)激光熔化技術(shù)的先驅(qū)者，SLM Solutions一直致力于適合批量化生產(chǎn)的金屬增材制造設(shè)備及相關(guān)技術(shù)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(zhì)量，SLM Solutions推出了多功能的PFM永久過濾模塊。風(fēng)場(chǎng)帶出的煙塵和飛濺被集中到燒結(jié)式過濾器，隨后將觸發(fā)傳感器，加入阻聚涂層顆粒進(jìn)行覆蓋，使所收集的粉塵鈍化并進(jìn)行干燥處理。在批量化生產(chǎn)中，PFM將重復(fù)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(jié)式過濾器開發(fā)了一個(gè)特殊的蓋子，并為該設(shè)計(jì)申請(qǐng)了專利，用于控制氧氣的暴露速率，以保證粉塵在48小時(shí)內(nèi)被鈍化。通過阻聚涂層顆粒和可控制氣體環(huán)境的燒結(jié)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(jìn)行，且不會(huì)影響設(shè)備的打印過程。若在打印任務(wù)開始前收集桶容量已不足25%，打印任務(wù)將無法啟動(dòng)。若在收集桶在成形過程中填滿，收集桶將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，由漏斗作為內(nèi)部容器繼續(xù)收集廢棄物，內(nèi)部漏斗擁有足夠大的容量能夠確保該打印任務(wù)可以不間斷地完成。而在此過程中使用者也可以隨時(shí)對(duì)收集桶進(jìn)行更換，以便后續(xù)打印任務(wù)的順利進(jìn)行。

PFM具備自清潔功能，當(dāng)設(shè)備需要更換打印材料時(shí)，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(tuán)聚，同時(shí)可以防止快速氧暴露。消除功能則是在發(fā)生反應(yīng)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(yīng)，同時(shí)，這一過程還可以迅速分散局部溫度，防止反應(yīng)的進(jìn)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(shí)際使用中碳酸鈣可能會(huì)引起其他反應(yīng)，相比之下，SLM Solutions所使用的阻聚涂層顆粒則會(huì)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(shí)現(xiàn)廢棄粉塵的完全鈍化，整個(gè)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(zhì)，經(jīng)由收集桶集中收集，可大幅簡(jiǎn)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(xiǎn)性。

△收集桶內(nèi)廢棄物處理示意圖

△可移交干物質(zhì)處理的廢棄物收集桶

PFM永久過濾模塊的優(yōu)勢(shì)：

(1)PFM具有自清潔功能，裝滿或堵塞后無需更換或維護(hù)濾盒，不會(huì)影響打印過程，有效減少了設(shè)備的停機(jī)時(shí)間。在理論情況下，PFM無壽命期限限制，僅需定期進(jìn)行維護(hù)、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(jié)式過濾器提高過濾性能及工藝穩(wěn)定性，使得系統(tǒng)內(nèi)的氣體流量更加穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)因過濾器堵塞而產(chǎn)生逆向壓力。其運(yùn)作過程中噪音更小，同時(shí)減輕了氣泵的工作量，從整體上提高了設(shè)備的運(yùn)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(jià)為40歐元/12公斤，單個(gè)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(jì)。

(4)采用全自動(dòng)PLC控制與監(jiān)控。

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