LayerWise是位于比利時的一家致力于選擇性激光熔 結（SLM）技術的公司。SLM是一種非常強大的技術，其運用激光一層一層地熔結金屬粉末的制造方式，可以制造出任何幾何形狀的金屬零件。利用這種數字生 產方法，只需要單一的生產步驟，就能夠使復雜的循環零件（circulation part）獲得最適宜的形狀。而且，利用SLM技術生產出的零件，不僅 具備更好的性能，而且還比通過復雜組裝實現的零件更加牢固可靠。
SLM技術也是小型金屬制品制造的理想選擇，其可以實現成千上萬的小型 金屬制品的同時生產。憑借SLM技術，LayerWise公司的產品除了廣泛涉足工業應用領域外，也為整形外科、頜面修復和牙科治療提供了革命性植入產 品。LayerWise公司始終致力于用更少的材料制造出任何形狀的高檔合金零件，并且無廢料產生，進而可將零件的單位重量降低達80％之多。
傳統金屬加工工藝的限制
傳統的金屬切削、銑削、電火花加工（EDM）以及其他高質量、高效率的金屬加工工藝，都是通過去除金屬材料的方式實現產品加工，雖然每種加工工藝都有很多種工具和配件可供使用，但是每種加工工藝去除的材料都是有限的。
圖1：a）通過逐層建立金屬零件，可以實現凹槽、脊、腔以及具有內部特征的極其復雜的零件形狀。
b）根據輸入的設計規則，選擇性激光熔融（SLM）技術能夠克服重重障礙，最大程度地實現零件優化。
充分了解金屬加工過程的產品設計師，會提前考慮到他們設計的零件在加工中會受到哪些限制。而且從某種程度上講，產品設計師在設計新部件時，還要花費一定 的精力考慮用什么方法生產這些零件；然而事實上，產品設計師最希望將所有精力都集中在零件功能的設計上。因此，傳統金屬加工過程在幾何形狀方面受到的限 制，不得不迫使產品設計師縮減零件的功能，或者是選擇更加復雜的組裝過程。
逐層制造零件
“在LayerWise公司，我們完全逆轉了傳統的金屬加工過程。”LayerWise公司工業部門總監Jonas Van Vaerenbergh說，“我們的核心業務是選擇性激光熔結技術，該技術通過一層一層添加材料的方法制造零件，這與傳統的用不同的加工步驟將金 屬材料去除的制造方法完全不同。此外，我們還針對不銹鋼、淬火鋼、鈦、鋁、鉻鎳鐵合金等廣泛的金屬和合金材料，專門對加工過程進行了優化。”
SLM加工系統用高精度的激光熔結金屬粉末微粒，選擇性地建立一個20~40μm的水平金屬層。激光束快速準確地照射金屬粉末微粒，并充分熔結，以至于在不需要任何膠合物或液體粘合劑的情況下，就能使新材料附著到之前的層面上。
SLM加工系統采用高能量密度的光纖激光器，激光器運轉穩定，從而確保制造出的金屬零件具備致密、均勻的材料結構。整個SLM加工系統只需要用CAD軟件直接驅動，而不再需要任何編程、鉗工或其他工具作業。SLM加工系統能同時連續加工多達2500件不同形狀的金屬零件。因此，SLM技工系統能夠在較短的時間內制造出形狀復雜的零件，其帶來的經濟效益不言而喻。
形狀自由無限制
除了能夠為小型金屬制品提供高效、具有成本效益的加工方式外，SLM加工技術對于產品的幾何形狀也沒有太多的限制。Van Vaerenbergh解釋 說，一層一層地制造零件的方法，保證了在制造過程中激光能夠均勻地到達零件的任何位置。用這種方法能夠實現很多復雜的形狀，如凹形、脊形、腔以及特定的內 部特征。
“通常，我們制造出的產品是很難用任何其他方法制造出來的。我們創建了一種完全不同的制造方法，消除了實現零件最優化的所有障礙。” Van Vaerenbergh補充道。
以LayerWise為Diametal公司制造的燃燒器為例。Diametal公司是比利時一家合同制造商，主要致力于使用電腦數控銑床和車床加工金 屬零件。同食品和制藥行業的機器制造商一樣，Diametal公司也在不斷面臨著生產復雜的循環零件的挑戰，這些零件包括混頻器、入口部件和出口部件、分 配器、耦合零件以及熱交換器件等。
Diametal公司的燃燒器中包含9個凹陷部分（undercutting）和6個內部腔。 LayerWise公司應用SLM技術，將該部件作為一個整體單元，通過單一生產步驟制造出來。這個過程被稱為功能集成，因為這個利用SLM技術生產出來 的燃燒器部件，取代了用傳統金屬加工工藝生產的多個零件。傳統的制造方式通常是采用不同的金屬加工工藝生產出多個零件，然后再將這些零件組裝成想要的部 件，這個過程不但耗費時間，而且不容易保證各個零件之間的密封連接，這自然就降低了部件的可靠性。
圖2：a）LayerWise公司應用SLM技術，通過單一生產步驟制造出了包含9個凹陷部分和6個內部腔的燃燒器，完全取代了傳統的復雜裝配。b）在生產注塑模具過程中加入最佳冷卻通道，可以顯著提高注塑成型的質量和速度。
Van Vaerenbergh解釋說，功能集成使SLM技術適合解決小型化、滲漏以及裝配問題。“盡管這個燃燒器的結構非常復雜，但是我們并沒有因此 而向Diametal公司加收額外的加工費用，因為我們的生產成本依賴于部件的重量，而不是其復雜程度。這一點也充分表明了SLM技術能以合理的成本制造 性能卓越的產品。”
優化循環管道
SLM技術提供高效、靈活設計的一個絕好的例子是生 產連接冷卻管道的部件。首先，添加制造方法使部件的重量減少了75％的重量減少；其次，設計師能夠用自由曲面定義管道的幾何形狀，從而能大幅降低流動阻 力。LayerWise公司生產的零件，精確地按照CAD的設計實現了想要的功能，最終使循環性能獲得了80％的改善。
Van Vaerenbergh表示，利用SLM技術制造注塑模型內鑲件，也會產生非常完美的成果。“由于SLM加工對形狀沒有限制，因此冷卻通道遵循模具的形狀 放置。與常規的方法相比，這是一項重大的改進。優化的管道形狀和位置，確保了對冷卻過程的更好控制，進而能實現沒有變形的、更高質量的零件，并且幾乎沒有 熱點。而且，SLM技術還能將這些零件的生產周期縮短15％，這將帶來巨大的經濟優勢。”
致力于技術領先
LayerWise公司是比利時第一家專注于金屬零件添加制造的生產中心。該公司是由Jonas Van Vaerenbergh和Peter Mercelis聯合創建的，兩人在比利時魯汶大學緊密合作，開發選擇性激光熔結技術。LayerWise公司與比 利時魯汶大學有著深入的合作，并且將其30％的資源投入研發領域，旨在推進SLM技術的發展。
圖 3：a）通常，LayerWise公司制造出的產品是很難用任何其他方法制造出來的。LayerWise公司并不會因為零件的形狀復雜而加收額外的費用， 因為其生產成本是由零件的重量決定的。b）通過專利的DentWise技術，完全消除了傳統的模壓或鉆孔加工方式對幾何形狀和表面的限制。
“通過匯集技術專長、生產能力與客戶支持，LayerWise公司在歐洲金屬加工市場占據著獨特的地位。”Van Vaerenbergh說，“我們的 工程師對SLM技術的控制已經達到了非常嫻熟的地步，從而實現最具挑戰性的產品制造?，F在，我們能夠生產出15μm的幾何精度、創建厚度為0.2mm的薄 壁，還能實現一些用傳統加工技術實現起來非常困難的零件。另外，在熔結區流程控制工具的使用對于保證零件的高質量也是非常重要的。”
通 過對生產過程的完全控制，LayerWise公司實現了均勻的微觀結構，對于越來越多的金屬和合金加工，其都能實現高達99.98％的相對密度。研究表 明，用SLM技術制造出的金屬零部件，其械性能幾乎與傳統的金屬相同。為了證明這一點，LayerWise公司對制造出的零件系統地進行了金屬密度、硬 度、伸長率和疲勞度測試。而且零件制造之前，大塊金屬粉末的化學成分也已經在化學實驗室進行了檢驗。
無監視加工
SLM加工系統能將CAD文件直接轉換成三維幾何形狀，而無需其他任何工具作業，可以在無人監視的情況下全天候運行，因此SLM加工是一種非常具有成本效益的金屬加工方法。
當零件從SLM加工系統中取出來后，還可以對其進行各種精整加工。如果需要的話，也可以使用傳統的金屬加工工藝，如鉆孔、切割和EDM，也可以對某些零件的表面進行硬化。最后，用戶還可以根據需求對零件表面進行高度拋光。
牙科微觀結構
LayerWise公司的產品也廣泛涉足醫療行業，例如為醫療行業生產可植入性微觀結構。根據用醫療成像或三維掃描獲得的特定病人的幾何數據，用軟件設計出個性化的微觀結構，并立即用鈦印刷出來。最后，牙科醫生將微觀結構植入完成最后的修復工作。
“數字化SLM技術完全消除了傳統的模壓或鉆孔加工方式對幾何形狀和表面的限制。”牙科醫生Peter Mercelis說，“此外，植入連接也是用最 高的精度實現的。”該微觀結構是采用超強的鈦合金（Ti6Al4V，V級）制造的，其機械性能遠優于常用的II級鈦合金。
整形與頜面植入物
除了牙科應用領域外，LayerWise也為其他醫療應用提供專業產品。在頜面重建過程中，外科醫生插入一個由LayerWise公司制造的顴骨。植 入物的復雜形狀是根據醫療數字成像信息獲得的，并最終通過SLM技術生產出來。借助SLM技術，患者的面部對稱性可以恢復得幾近完美。
圖4：a）個性化的整形植入物通常是用鈦生產的，并具有精細的幾何表面，非常有助于表面形狀的修復。b）在一個整形植入物中集成了一個鈦金屬表面層結構，其有助于表面形狀的恢復，且易于植入手術操作。
對于外科整形植入物，逐層建造金屬的過程，能夠設計出可以替代骨頭的多孔結構、并將其植入假肢中，同時能實現良好的長期性固定。除了在醫療成像基礎上設 計的個性化植入物外，SLM技術可用于醫療儀器的制造。LayerWise公司還針對醫療儀器的制造，特別提供了大量生物相容性金屬合金。
發展前景
LayerWise 公司成立兩年來，已經取得了大幅的增長。最近，該公司已經與一些分銷商合作拓展歐洲市場，這也是其全球化發展戰略的一部分。“我們在向不同的行業介紹了 SLM技術以及該技術所能帶來的優勢后，很多公司都真正意識到了他們能夠從SLM技術中受益。”Van Vaerenbergh說，“添加金屬加工過程完 成改變了傳統的設計和生產規則。我們與客戶一起完成項目，使我們的客戶能夠有大量機會創建具有更高附加值和更具成本效益的產品。相信SLM技術將迎來廣泛 的發展前景。”
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