2020年2月，南極熊獲悉，天津鐳明激光作為一家專業(yè)的金屬增材裝備研發(fā)與制造企業(yè)，通過多年3D打印服務經(jīng)驗的積累，研制了多款中大型激光選區(qū)熔化成形裝備（也就是SLM金屬3D打印機）；近期，將正式發(fā)布其中一款型號為LiM－X400A的裝備型號。本文將介紹這類大型SLM金屬3D打印機裝備研發(fā)中需要突破的技術難點。
激光選區(qū)LiM－X400A裝備
（1）設備安全問題
基于粉床的大型激光選區(qū)熔化成形裝備，每一次3D打印成形過程都需要大量的粉末作為載體，粉末用量經(jīng)常以“噸”為單位。對如此大量的粉末進行操作所帶來的安全風險是很高的，例如粉末的裝填與清理，粉末的傳輸與處理等，傳統(tǒng)的人工處理粉末方式不再適用于此類裝備，必須研制與裝備相匹配的自動粉末處理裝置。同時，較長的打印周期所帶來的數(shù)量可觀的納米煙塵也是潛在的主要風險，處理這些煙塵所使用的裝置必須是可靠與高效的，其效能必須遠遠超過普通類型選區(qū)設備，并具有一些特殊功能。
（2）3D打印的質量問題
這類設備一旦出現(xiàn)打印質量問題，帶來的成本浪費與小型設備完全不在一個量級上。因此保證打印質量也是這類設備研發(fā)中的高優(yōu)先級目標。而打印質量來源于四個方面的保證：
①裝備的質量。
②材料的質量一致性。
③工藝設計水平。
④操作人員的質量控制能力。
上面的四個要素缺一不可，但由于篇幅所限，后面三個要素我們將在今后的文章中逐個討論，這次的重點放在設備的質量上。
大型SLM金屬3D打印機裝備的質量主要體現(xiàn)在兩方面，其一是能力，其二是穩(wěn)定性。
裝備的能力就是使用這套裝備能夠產出的產品性能。一般情況下，當我們把所有最好的部件都堆砌在一起并不犯低級錯誤的時候，是可以產出具有一定性能的產品的。但是，困難的是穩(wěn)定性。中大型激光選區(qū)熔化設備的穩(wěn)定性涉及多個方面：
①激光源與光學系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及使用多個光學系統(tǒng)時，多個光學系統(tǒng)的一致性；
②腔室內風場的均勻性，以及超長生產周期下的一致性；
③ 煙塵的處理效率，及超長生產周期下的一致性；
④單一粉層的均勻性，以及動輒數(shù)千乃至上萬粉層的一致性。
完善軟硬件的基礎配置可以應對大部分的打印加工過程，但是在一些特殊情況下，必須通過有效的監(jiān)控手段對成形過程進行監(jiān)測和識別，從宏觀和微觀兩個角度實現(xiàn)成形過程缺陷的判定甚至修正。
（3）生產效率問題
大尺寸的零件成形如果依然采用傳統(tǒng)的低功率單激光光學系統(tǒng)，則生產效率必然低下，同時，超長的打印周期也會為裝備增加更多的不穩(wěn)定因素。目前的解決方案都是以增加激光功率和激光器及光學系統(tǒng)數(shù)量來實現(xiàn)效率的提升，這就要求裝備在多光束拼接、多光束一致性保持、風場控制等多個重要環(huán)節(jié)有成熟的解決方案；同時，生產效率還體現(xiàn)在加工生產前后的裝備準備和裝備清理上，也需要有高效的控制邏輯和輔助機構配合完成。
（4）工藝設計
激光成形本身屬于極端條件下的熱成形，大尺寸零件的成形需要激光作用的次數(shù)以百萬計，較大的內應力及可能產生的微觀缺陷都會導致零件成形中的失敗或成形后的宏觀缺陷。在裝備可靠性達標的情況下，工藝設計（包含參數(shù)設計和結構設計）的作用凸顯，如何在保證零件可以良好成形的基礎上實現(xiàn)各項性能的提升，考驗著工藝設計人員對于原理、裝備、材料、工藝的綜合理解和經(jīng)驗總結，是中大尺寸金屬零件激光選區(qū)熔化成形解決方案的重要組成部分。
為了攻克這些難題，鐳明激光精心吸取了母公司精合集團多年來從事金屬3D打印服務的經(jīng)驗，在研發(fā)LiM－X400A設備的過程中采用了大量創(chuàng)新而可靠的設計。鐳明激光承諾與用戶、材料合作伙伴、關鍵零部件合作伙伴和其它機構一起，不斷完善裝備、工藝和質量，真正幫助中國3D打印裝備質的提升。
激光選區(qū)LiM－X400A裝備
（1）設備安全問題
基于粉床的大型激光選區(qū)熔化成形裝備，每一次3D打印成形過程都需要大量的粉末作為載體，粉末用量經(jīng)常以“噸”為單位。對如此大量的粉末進行操作所帶來的安全風險是很高的，例如粉末的裝填與清理，粉末的傳輸與處理等，傳統(tǒng)的人工處理粉末方式不再適用于此類裝備，必須研制與裝備相匹配的自動粉末處理裝置。同時，較長的打印周期所帶來的數(shù)量可觀的納米煙塵也是潛在的主要風險，處理這些煙塵所使用的裝置必須是可靠與高效的，其效能必須遠遠超過普通類型選區(qū)設備，并具有一些特殊功能。
（2）3D打印的質量問題
這類設備一旦出現(xiàn)打印質量問題，帶來的成本浪費與小型設備完全不在一個量級上。因此保證打印質量也是這類設備研發(fā)中的高優(yōu)先級目標。而打印質量來源于四個方面的保證：
①裝備的質量。
②材料的質量一致性。
③工藝設計水平。
④操作人員的質量控制能力。
上面的四個要素缺一不可，但由于篇幅所限，后面三個要素我們將在今后的文章中逐個討論，這次的重點放在設備的質量上。
大型SLM金屬3D打印機裝備的質量主要體現(xiàn)在兩方面，其一是能力，其二是穩(wěn)定性。
裝備的能力就是使用這套裝備能夠產出的產品性能。一般情況下，當我們把所有最好的部件都堆砌在一起并不犯低級錯誤的時候，是可以產出具有一定性能的產品的。但是，困難的是穩(wěn)定性。中大型激光選區(qū)熔化設備的穩(wěn)定性涉及多個方面：
①激光源與光學系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及使用多個光學系統(tǒng)時，多個光學系統(tǒng)的一致性；
②腔室內風場的均勻性，以及超長生產周期下的一致性；
③ 煙塵的處理效率，及超長生產周期下的一致性；
④單一粉層的均勻性，以及動輒數(shù)千乃至上萬粉層的一致性。
完善軟硬件的基礎配置可以應對大部分的打印加工過程，但是在一些特殊情況下，必須通過有效的監(jiān)控手段對成形過程進行監(jiān)測和識別，從宏觀和微觀兩個角度實現(xiàn)成形過程缺陷的判定甚至修正。
（3）生產效率問題
大尺寸的零件成形如果依然采用傳統(tǒng)的低功率單激光光學系統(tǒng)，則生產效率必然低下，同時，超長的打印周期也會為裝備增加更多的不穩(wěn)定因素。目前的解決方案都是以增加激光功率和激光器及光學系統(tǒng)數(shù)量來實現(xiàn)效率的提升，這就要求裝備在多光束拼接、多光束一致性保持、風場控制等多個重要環(huán)節(jié)有成熟的解決方案；同時，生產效率還體現(xiàn)在加工生產前后的裝備準備和裝備清理上，也需要有高效的控制邏輯和輔助機構配合完成。
（4）工藝設計
激光成形本身屬于極端條件下的熱成形，大尺寸零件的成形需要激光作用的次數(shù)以百萬計，較大的內應力及可能產生的微觀缺陷都會導致零件成形中的失敗或成形后的宏觀缺陷。在裝備可靠性達標的情況下，工藝設計（包含參數(shù)設計和結構設計）的作用凸顯，如何在保證零件可以良好成形的基礎上實現(xiàn)各項性能的提升，考驗著工藝設計人員對于原理、裝備、材料、工藝的綜合理解和經(jīng)驗總結，是中大尺寸金屬零件激光選區(qū)熔化成形解決方案的重要組成部分。
為了攻克這些難題，鐳明激光精心吸取了母公司精合集團多年來從事金屬3D打印服務的經(jīng)驗，在研發(fā)LiM－X400A設備的過程中采用了大量創(chuàng)新而可靠的設計。鐳明激光承諾與用戶、材料合作伙伴、關鍵零部件合作伙伴和其它機構一起，不斷完善裝備、工藝和質量，真正幫助中國3D打印裝備質的提升。
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