Solukon自動除粉解決方案，解決中型 LPBF 復(fù)雜構(gòu)件后處理難題

多年來，金屬激光粉末床熔合 (LPBF) 的工業(yè)化一直受到“除粉瓶頸”的困擾。即使機器經(jīng)過優(yōu)化可以打印得更快、產(chǎn)量更高，手動除粉的需求仍然是真正進步的障礙，這不僅增加了打印部件的交付周期，還需要更多的技術(shù)技能和勞動力。幸運的是，這一趨勢正在轉(zhuǎn)變：德國Solukon等公司開發(fā)的自動除粉解決方案使零件制造商能夠通過除粉等早期后處理步驟達到增材制造的生產(chǎn)率。自 2015 年推出首個工業(yè)自動除粉系統(tǒng)以來，Solukon 近十年來一直在自動后處理領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。這些自動化解決方案也在建立金屬零件生產(chǎn)的自動化端到端工作流程方面發(fā)揮著作用。

Solukon 的最新系統(tǒng) SFM-AT350/-E是一款精密的解決方案，專門用于處理重達 100 公斤（包括構(gòu)建板）的復(fù)雜中型部件。通常，在考慮最艱巨的除粉挑戰(zhàn)時，人們會想象一個巨大而復(fù)雜的部件，例如熱交換器或火箭推進系統(tǒng)，它們具有許多內(nèi)部通道。毋庸置疑，高達一米、重達數(shù)百公斤的大型零件很難除粉，然而更為常見的中型部件也有其自身的復(fù)雜性。正如 Solukon 所說：“即使對于中型部件，我們也看到復(fù)雜性不斷增加，對清潔質(zhì)量和過程透明度的要求也不斷提高。”

中型零件的復(fù)雜程度不斷提高

最初，自動除粉解決方案主要關(guān)注的是職業(yè)健康和安全。使用基本解決方案可以輕松實現(xiàn)更高水平的安全性。隨著具有復(fù)雜幾何形狀的 3D 打印中型金屬部件的日益普及，除了安全方面，自動除粉已成為實現(xiàn)和保持制造技術(shù)經(jīng)濟可行性的重要組成部分。同時，當(dāng)傳統(tǒng)制造工藝無法滿足要求時，例如在生產(chǎn)需要整合的結(jié)構(gòu)和具有復(fù)雜內(nèi)部冷卻通道的組件時，增材制造技術(shù)是最有意義的。這意味著要充分利用該技術(shù)，既需要設(shè)計優(yōu)化的幾何形狀，又需要能夠有效地從中去除粉末。

正如 Solukon 首席執(zhí)行官兼首席技術(shù)官 Andreas Hartmann 所說：“如果您使用 LPBF 打印的部件易于除粉，那么您就沒有充分發(fā)揮激光粉末床熔融技術(shù)的潛力。換句話說，部件越復(fù)雜，除粉過程就越復(fù)雜。我們看到 3D 打印部件的復(fù)雜性不斷增加，毫無疑問，對于中型部件領(lǐng)域，需要具有新的可編程化的復(fù)雜除粉解決方案�！�

制定除粉新標準

這就是 Solukon 的SFM-AT350/-E 系統(tǒng)的作用所在。目前，這是中型 LBPF 領(lǐng)域最暢銷的除粉系統(tǒng)，該緊湊型工業(yè)系統(tǒng)不僅高度自動化（因此無需每一步都進行人工操作），而且與敲擊和刷洗等手動方法相比，它在實際去除中型金屬打印件上的粉末方面更為有效。

該機器的粉末去除能力歸功于硬件和軟件功能的結(jié)合。在硬件方面，該系統(tǒng)基于 Solukon 的智能粉末回收技術(shù)，該技術(shù)集成了在完全受保護的環(huán)境中擴展部件運動（水平軸旋轉(zhuǎn) 250 度，構(gòu)建板無限旋轉(zhuǎn)）。在系統(tǒng)內(nèi)部，打印部件和構(gòu)建板固定在完全可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上，可以對轉(zhuǎn)盤進行編程以實現(xiàn)特定的運動和旋轉(zhuǎn)。這種連續(xù)運動通過有針對性的振動得到加強。

關(guān)于這一點，該公司指出，其除粉解決方案有兩種激勵選項：標準 SFM-AT350 配備氣動激勵和可選的敲擊系統(tǒng)，而 2023 年 10 月發(fā)布的SFM-AT350-E 配備壓電（超聲波）沖擊。后者能夠通過高頻和自調(diào)節(jié)振動非常溫和地清潔打印部件。這些自動化功能與手套口相得益彰，可使用壓縮空氣或惰性氣體進行手動精加工。在整個過程中，所有粉末都回收到系統(tǒng)底部的密封容器中，方便重復(fù)使用或回收。

Solukon 的兩種除粉解決方案之前都能夠處理重達 60 公斤的部件。為了使該技術(shù)能夠應(yīng)用于更廣泛的中型部件尺寸，該公司最近升級了其系統(tǒng)，使其腔體容量更大。截至本月，SFM-AT350/-E 可以對尺寸最大為 400 x 400 x 400 毫米（或 500 x 280 x 400 毫米）且重量最大為 100 公斤的部件進行除粉。

智能除粉

與任何增材制造或后處理技術(shù)一樣，硬件只是其中的一部分：軟件也發(fā)揮著同樣重要的作用。Solukon的 SPR-Pathfinder 軟件可將一臺可以以多種方式移動的機器轉(zhuǎn)變?yōu)橐慌_可以以特定方式移動的機器，以從特定的增材幾何形狀中去除粉末。

該公司表示：“當(dāng)復(fù)雜程度超過一定程度時，肉眼無法看到部件必須如何移動才能使粉末完全排出�！奔词故� CAD 文件（它提供了有關(guān)零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的更多信息），也無法揭示明顯的除粉運動模式。該軟件通過計算 SFM-AT350/-E 中特定零件幾何形狀的優(yōu)化運動路徑來填補這一空白。此路徑生成基于零件數(shù)字孿生的流動模擬。這種創(chuàng)新方法標志著數(shù)字孿生技術(shù)首次用于商業(yè)后處理。

從用戶的角度來看，該軟件可以大大減少除粉時間和人工。SPR-Pathfinder 被稱為“即發(fā)即棄”解決方案，它只需要用戶上傳打印部件的 CAD 文件。然后，軟件會自動計算硬件的運動模式，以實現(xiàn)最佳的除粉效果。值得注意的是，在多個部件連接到構(gòu)建板上的情況下，該軟件可以計算整個構(gòu)建的運動序列。

Solukon 的SPR-Pathfinder 軟件不僅與我們一直關(guān)注的 SFM-AT350/-E 解決方案兼容，還可以與該公司的 SFM AT800-S 和 SFM-AT1000-S 配對，以實現(xiàn)更大的構(gòu)建。

可測量的后處理之路

借助 Solukon 的SFM-AT350/-E 系統(tǒng)，通過自動除粉解決中型 LPBF 的復(fù)雜性。Solukon 的自動化除粉解決方案在公司更廣泛的使命中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，即為激光粉末床熔合提供可測量、透明的后處理。正如該公司所說：“打印下游的流程必須透明流動，以便讓用戶清楚地了解其增材生產(chǎn)線的效率�！� 該公司的數(shù)字工廠工具 (DFT) 也是這一目標的核心，它由用于過程監(jiān)控、除粉自動化和數(shù)字集成的傳感器和接口套件組成。

具體來說，DFT 解決方案記錄整個除粉過程中的過程數(shù)據(jù)（例如殘余氧含量、濕度、腔體壓力、功耗、沖擊頻率等），并將數(shù)據(jù)合成到協(xié)議文件中。用戶還可以為相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置關(guān)鍵限值，以便清晰顯示任何偏差并隨時進行分析。監(jiān)控工具還可以測量介質(zhì)消耗，并輸出除粉過程的碳足跡，這些功能有助于驗證未來的標準和法規(guī)。

所有過程監(jiān)控數(shù)據(jù)最終都可以通過 OPC UA 進行編譯，并集成到控制中心的數(shù)字儀表板中。這意味著 Solukon 系統(tǒng)也可以從中央控制中心進行監(jiān)控，也可以進行遠程控制，輕松融入自動化生產(chǎn)線。

Solukon 的 DFT 解決方案是一項可選功能，可與其除粉解決方案集成。據(jù)該公司稱，目前約有 85% 的 SFM-AT350 客戶使用 DFT，并報告了積極成果。

Hartmann 總結(jié)道：“工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)從‘為什么有這個問題’發(fā)展到‘如何解決’。換言之，我們的客戶和其他相關(guān)方已經(jīng)認識到，為了實現(xiàn)高質(zhì)量的增材制造，他們不可避免地需要自動除粉。他們現(xiàn)在正在仔細研究我們技術(shù)的個別優(yōu)勢和具體應(yīng)用，而不是問他們?yōu)槭裁葱枰�除粉。我們一直是這一重要發(fā)展的主要推動者，整個行業(yè)都將從中受益。”

最終，自動化和過程監(jiān)控的除粉解決方案（例如 Solukon 的 SFM-AT350/-E）可確保打印部件無粉且可進行下游后處理，并為金屬部件生產(chǎn)創(chuàng)造更高的端到端透明度。