是什么原因?qū)е铝硕嗉す獯蛴�機(jī)效率變低？

市場上的大多數(shù)3D打印機(jī)最初設(shè)計(jì)是用于快速原型制作。然而，隨著行業(yè)的成熟發(fā)展，連續(xù)生產(chǎn)的使用案例變得更加可行，公司開始最大限度地提高增材制造的投資回報(bào)比。從設(shè)計(jì)高性能的單體零件，自動化車間，開發(fā)新材料到優(yōu)化每臺機(jī)器的參數(shù)以提高速度、質(zhì)量和性能。

自2015年SLM Solutions首次推出雙激光系統(tǒng)以來，多激光設(shè)備的數(shù)量迅速增加。從那時(shí)起，越來越多的原始設(shè)備制造商 (OEM)、機(jī)器制造商和企業(yè)開始為生產(chǎn)定制自己的3D打印機(jī)，增加更多的激光數(shù)量以提高生產(chǎn)力。

當(dāng)涉及激光粉床熔融 (LPBF) 和直接金屬激光燒結(jié) (DMLS) 時(shí)，大多數(shù)用戶認(rèn)為更多的激光數(shù)量應(yīng)該自然而然地會提高速度和生產(chǎn)力，但事實(shí)并非如此。仍然存在的挑戰(zhàn)是如何在保持高質(zhì)量輸出的同時(shí)有效地分配工作負(fù)載以提高生產(chǎn)力。找到合適的建模處理軟件來優(yōu)化每個(gè)激光器的能力變得尤為重要。

在生產(chǎn)車間的重要發(fā)現(xiàn)

Materialise Software的市場解決方案架構(gòu)師Johan Troukens表示：“根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，我認(rèn)為許多機(jī)器的使用效率并不高。人們認(rèn)為增加更多激光數(shù)量應(yīng)該就可以提高生產(chǎn)、研發(fā)或其他項(xiàng)目的速度和生產(chǎn)力，但事實(shí)并非如此。我們需要一種能夠以高效的方式來最大化激光器利用率的技術(shù)。否則，這些系統(tǒng)就是非常低效的�！�

例如，一臺四個(gè)激光器的3D打印機(jī)在生產(chǎn)過程中可能只用到了3.2個(gè)激光器的效果。這就是為什么在3D打印機(jī)中增加更多激光器并不能提高生產(chǎn)效率的原因。

為了最大化激光器利用率的問題，需要考慮以下三個(gè)主要因素：

1.有效應(yīng)用激光器負(fù)載分配

2.縮短3D打印時(shí)間

3.確保打印輸出的質(zhì)量

對于多激光器打印機(jī)的低效運(yùn)行，這種處理結(jié)果將嚴(yán)重降低機(jī)器的總體設(shè)備運(yùn)行效率 (OEE)。這就引出了一個(gè)問題：如何優(yōu)化這些價(jià)值數(shù)十萬到數(shù)百萬美元的3D打印機(jī)的產(chǎn)出？

“負(fù)載均衡器”可以充分發(fā)揮多激光金屬3D打印機(jī)的能力。作為切片處理器軟件開發(fā)工具包 (BP SDK) 的一部分，負(fù)載均衡器的可配置算法允許用戶調(diào)整每個(gè)激光的參數(shù)，這是其他類似的3D打印負(fù)載均衡器軟件所不具備的技術(shù)。

BP SDK讓用戶能夠立即上手的解決方案或開發(fā)適用于其特定生產(chǎn)需求的切片處理器。這種靈活性對于研發(fā)人員、工藝工程師或任何對調(diào)整多激光3D打印機(jī)以提高效率感興趣的人來說都是非常有吸引力的。

Materialise Software的工程研發(fā)經(jīng)理Michele Pavan表示：“負(fù)載均衡器相比傳統(tǒng)多激光系統(tǒng)可提高約25%的生產(chǎn)效率。這意味著不再浪費(fèi)時(shí)間和資源來處理過熱、氣體遮擋光束以及飛濺物落在未掃描的構(gòu)建平臺區(qū)域等問題�！�

克服激光分布的困難

Materialise Software的產(chǎn)品經(jīng)理Brecht Pellens表示：“3D打印行業(yè)正在轉(zhuǎn)向可持續(xù)和高效的方向以減少碳排放和能源消耗。公司需要改善盈利能力，同時(shí)生產(chǎn)出高性能的零部件，以確保競爭優(yōu)勢。這種發(fā)展的重要部分在于在滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，最大化從每個(gè)操作中獲得的價(jià)值�！�

以下幾個(gè)案例可以解釋如何克服與激光負(fù)載分配相關(guān)的問題，最大限度地利用和釋放負(fù)載均衡器的多激光機(jī)器的全部潛力。

1 通過控制每個(gè)激光器來實(shí)現(xiàn)最佳負(fù)載分配

負(fù)載均衡器的算法通過考慮氣體流動和霧區(qū)，以防止激光之間的干擾并確保能量均勻分布，從而簡化了平衡每個(gè)激光的負(fù)載任務(wù)。它通過計(jì)算每個(gè)激光的最佳負(fù)載，考慮所有過程和用戶約束條件，來分配文件的工具路徑。在所有激光器之間路徑會被優(yōu)化，從而顯著提高生產(chǎn)力。

2 配置霧區(qū)以優(yōu)化氣體流動，提高質(zhì)量并避免在下風(fēng)處加工

管理控制質(zhì)量是復(fù)雜的，特別是對于多激光系統(tǒng)來說。激光通常會產(chǎn)生霧和氣體，這些煙霧會朝著設(shè)定的氣體流動方向運(yùn)動。在這些霧區(qū)中的煙霧可能會遮擋彼此附近工作的激光，降低它們的效率。通過優(yōu)化氣體流動并避免下風(fēng)處加工，可以配置霧區(qū)來改善質(zhì)量。

此外，當(dāng)激光器在封閉空間中工作時(shí)，它們會釋放多余的能量，可能對熔池和零件質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。通過計(jì)算每個(gè)激光器的霧區(qū)，算法可以優(yōu)化復(fù)雜的排序，例如決定首先掃描哪些矢量塊，在遵循優(yōu)先級的情況下以避免逆風(fēng)和霧區(qū)處理。這有助于保持激光束的質(zhì)量，防止它們之間的干擾，同時(shí)確保能量分布均勻。

如果處理的不恰當(dāng)，粉床上的松散粉末還會進(jìn)一步影響打印品的質(zhì)量。為了避免飛濺、氣體遮擋光束和過熱，負(fù)載均衡器可以模擬氣流，確保激光永遠(yuǎn)不會掃描到另一個(gè)激光束的氣流中。

3 將生產(chǎn)力和質(zhì)量融合，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的打印

“負(fù)載均衡器的吸引之處在于它可以確保每個(gè)激光器在不產(chǎn)生不利影響的情況下保持優(yōu)越的工作狀態(tài)，從而提高處理速度，同時(shí)保持構(gòu)建質(zhì)量，”米歇爾說道。

多個(gè)激光器靠得太近會引入過多的能量，降低打印的整體質(zhì)量，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致零件中的多孔性和鎖孔缺陷。通過負(fù)載均衡器，需要精確而均勻的能量沉積，以增強(qiáng)對激光束的控制，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的結(jié)果。

此外，負(fù)載均衡器可以引入向量塊分割，這是在用戶輸入的基礎(chǔ)上的下一層細(xì)粒度。通常一層至少包含一個(gè)向量塊。然而算法可以將較大的向量塊分割為更小的塊，從而增加了層的細(xì)粒度，使負(fù)載在所有激光器上更均衡分布。這種技術(shù)的優(yōu)勢是，整體分布可以進(jìn)一步微調(diào)以提高3D打印機(jī)的效率。

生產(chǎn)時(shí)間沒有被優(yōu)化的一個(gè)原因是激光在打印零件時(shí)可能進(jìn)行的跳躍次數(shù)過多。通過波段限制每個(gè)激光器的作用區(qū)域，減少跳躍的次數(shù)。這有助于提高整體生產(chǎn)效率，并減少同一零件上工作的激光器之間的密切交互。

最后，在負(fù)載均衡器中的混合模式選項(xiàng)，允許用戶選擇是由單個(gè)激光器掃描部分，還是通過算法優(yōu)化以在不同激光器之間分配矢量。這可以進(jìn)一步優(yōu)化負(fù)載分配。

“只需點(diǎn)擊幾下即可設(shè)置參數(shù)。如果你有任何需求，也可以根據(jù)需要自定義和微調(diào)每個(gè)參數(shù)的細(xì)節(jié)”，Brecht說。

優(yōu)化多激光3D打印機(jī)，為您的LPBF生產(chǎn)而設(shè)計(jì)

優(yōu)化多激光3D打印機(jī)可能是增加金屬3D打印生產(chǎn)力、同時(shí)降低成本和交貨時(shí)間的絕佳方式——如果掃描路徑策略設(shè)計(jì)得正確。然而用戶甚至制造商并沒有充分利用這些設(shè)備，因?yàn)樗麄儧]有投資在正確的軟件上。

負(fù)載均衡器是解決您多激光打印機(jī)問題的一個(gè)選擇。將此模塊作為BP SDK的一部分或您自己的切片處理器使用，從而降低開發(fā)成本并加快上市時(shí)間，為創(chuàng)新開辟新道路，此外，負(fù)載均衡器可通過我們的CO-AM軟件平臺上的機(jī)器管理器直接訪問。

"無論您是想要調(diào)整應(yīng)用細(xì)節(jié)參數(shù)的工藝工程師，還是對技術(shù)不太熟悉并更喜歡簡化集成方法的用戶，負(fù)載均衡器快速且簡便的使用體驗(yàn)都非常適合。這種自動化制造工具是一個(gè)改變游戲規(guī)則的工具：它充分利用您的制造資源的全部能力，將您的運(yùn)營轉(zhuǎn)化為有形的結(jié)果，"Johan說道。