增材制造在工業(yè)生產(chǎn)中變得越來越重要，決定性的因素是零件尺寸的可擴(kuò)展性和增材制造系統(tǒng)的生產(chǎn)力。在此背景下，德國(guó)Fraunhofer(弗勞恩霍夫)激光技術(shù)研究所(ILT)的科學(xué)家正在進(jìn)一步開發(fā)選擇性激光熔融(SLM)技術(shù)。
為此，F(xiàn)raunhofer在亞琛建立了一個(gè)新的SLM實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有1000 mm x 800 mm x 500 mm的有效可用構(gòu)建體積，能夠快速制造大型金屬部件，并且工藝可靠性高。
氣體保護(hù)策略與激光加工策略
通過測(cè)試系統(tǒng)，F(xiàn)raunhofer ILT希望證明大型SLM系統(tǒng)也是可行的。 開發(fā)工作的一個(gè)重點(diǎn)是暴露和保護(hù)氣體流量的新策略，原來的惰性氣體保護(hù)策略對(duì)于非常大的構(gòu)建體積不再有效。為此，F(xiàn)raunhofer ILT的科學(xué)家正在將他們的方法放在小型可移動(dòng)加工頭上，并采用局部屏蔽系統(tǒng)，確保在每個(gè)加工點(diǎn)都有恒定的惰性氣體流，從而用于構(gòu)建大尺寸的零件。
嘗試采用不同的激光和光學(xué)系統(tǒng)
在Fraunhofer ILT，科學(xué)家正在測(cè)試帶有光纖激光器的系統(tǒng)以及具有成本效益的二極管激光器。除了使用帶有當(dāng)前普遍采用的振鏡的掃描儀系統(tǒng)之外，他們還正在研究具有高動(dòng)態(tài)線性軸和多個(gè)可單獨(dú)控制的二極管激光器的移動(dòng)加工頭。這種多點(diǎn)處理的優(yōu)點(diǎn)是能夠通過增加激光束源的數(shù)量來顯著并且成本有效地增加系統(tǒng)的構(gòu)建速率。這種新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，允許通過延長(zhǎng)軸系的行程長(zhǎng)度來增加構(gòu)建體積，而不改變光學(xué)系統(tǒng)。Fraunhofer ILT發(fā)現(xiàn)兩種光學(xué)系統(tǒng)都有其各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，所以Fraunhofer ILT將繼續(xù)探索這兩種方法。
Fraunhofer ILT的研究結(jié)果將為當(dāng)前的粉末床激光熔融制造商打下新的基礎(chǔ)，開發(fā)和構(gòu)建下一代SLM系統(tǒng)。Fraunhofer ILT的目標(biāo)是這個(gè)系統(tǒng)能夠成功地應(yīng)用于批量生產(chǎn)。新的SLM系統(tǒng)的可擴(kuò)展性是一大特色：因?yàn)椴恍枰{(diào)節(jié)保護(hù)氣體系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)，所以比以前更容易使構(gòu)建體積得到有效擴(kuò)展以滿足不同的應(yīng)用。
智能處理策略增加了價(jià)值
Fraunhofer ILT的科學(xué)家不僅開發(fā)系統(tǒng)技術(shù)，而且開發(fā)高效的流程管理參數(shù)。產(chǎn)品創(chuàng)造的附加價(jià)值是通過智能曝光和路徑規(guī)劃策略以及合適的工藝參數(shù)創(chuàng)建的。這一發(fā)展的長(zhǎng)期目標(biāo)不僅僅是為了開創(chuàng)可持續(xù)管理的新應(yīng)用，而且也是為了解決零件構(gòu)建過程中內(nèi)部熱應(yīng)力和可持續(xù)地控制零件扭曲變形等挑戰(zhàn)。最重要的是，新系統(tǒng)將滿足輕量化設(shè)計(jì)和一體化功能實(shí)現(xiàn)的新趨勢(shì)，為航空航天、汽車和模具制造行業(yè)等要求嚴(yán)格的行業(yè)制造大型的功能優(yōu)化的結(jié)構(gòu)組件。
國(guó)際上，包括GE，Additive Industries,還有來自硅谷斯坦福背景的創(chuàng)業(yè)公司Seurat都在發(fā)力大尺寸粉末床激光熔融技術(shù)。
其中，Seurat的技術(shù)最初是由勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的。不僅為了更大，還追求更快，Seurat在2016年提交的一項(xiàng)專利詳細(xì)介紹了一種由“粉末床成像的二維能量圖案化系統(tǒng)”組成的3D打印過程。這表明，Seurat正在探索一種金屬3D打印工藝，該工藝采用“二維圖案化的能量束“來熔融金屬粉末，這也能夠?qū)⒓す馄鞯哪芰堪l(fā)揮更大的效率。雖然是家初創(chuàng)企業(yè)，Seurat的前景不容低估，剛剛的A輪融資就獲得了GE的跟投，而Seurat的創(chuàng)始人和首席技術(shù)官均來自斯坦福大學(xué)，其中一位具有麻省理工本科和斯坦福的碩士與博士學(xué)歷。
不過對(duì)于中國(guó)企業(yè)來說，在這條競(jìng)技之路上，獲得Fraunhofer的專利授權(quán)是一個(gè)可以考慮的思路。Fraunhofer專注于研發(fā)，大量的專利技術(shù)由Fraunhofer開發(fā)出來，并授權(quán)給各行各業(yè)的企業(yè)和Fraunhofer孵化出來的企業(yè)。
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