3D打印技術(shù)參考曾撰文指出，新一代SLM技術(shù)已經(jīng)表現(xiàn)出了差異化的競(jìng)爭(zhēng)趨勢(shì)，這些差異化圍繞著成型效率、制造成本、后處理、質(zhì)量保證等一直以來(lái)備受關(guān)注的“痛點(diǎn)”展開(kāi)，誕生出了一系列的新技術(shù)，不僅豐富了產(chǎn)品類(lèi)型，更給這項(xiàng)發(fā)展了20多年的技術(shù)帶來(lái)了新活力。本期，3D打印技術(shù)參考介紹華南理工大學(xué)楊永強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)在新一代SLM技術(shù)領(lǐng)域的研究進(jìn)展。
雙波長(zhǎng)激光粉末床金屬3D打印機(jī)
將1070nm的紅外光纖激光器與450nm的藍(lán)光半導(dǎo)體激光器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)紅外/藍(lán)光復(fù)合，既可以打印鈦合金、鋁合金、不銹鋼等常規(guī)材料，也可以打印對(duì)紅外光具有高反作用的金、銀、純銅等材料，在實(shí)際加工過(guò)程中只需要根據(jù)材料不同切換激光器即可。這是華南理工楊永強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)正在承擔(dān)的一個(gè)項(xiàng)目。
此種類(lèi)型的金屬3D打印機(jī)目前在市場(chǎng)中還未看到過(guò)具體的案例，但卻具有較高的應(yīng)用價(jià)值，尤其是對(duì)于面向加工服務(wù)的平臺(tái)和科研領(lǐng)域的高校。目前，楊永強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在兩束不同激光的復(fù)合打印研究方面取得了比較好的效果。
以粉末床熔融為代表的金屬3D打印機(jī)動(dòng)輒幾百萬(wàn)，而傳統(tǒng)機(jī)型所配備的紅外光纖激光在打印純銅等材料時(shí)存在弊端。目前雖已有配備綠光激光器的市售打印機(jī)，但對(duì)于有多重需求的應(yīng)用端無(wú)疑會(huì)增加購(gòu)機(jī)成本。而雙波長(zhǎng)打印機(jī)的研發(fā)正是新一代SLM技術(shù)差異化的表現(xiàn)，具有現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用價(jià)值。
3D打印技術(shù)參考查詢(xún)了華南理工大學(xué)有關(guān)本項(xiàng)研究的專(zhuān)利，相關(guān)資料指出，450-560nm波長(zhǎng)激光的應(yīng)用提高了鎂、鋁、銅合金等高反射金屬粉末在激光選區(qū)熔化技術(shù)中的吸收率，提高了高反射率金屬材料的加工質(zhì)量與加工效率。一種高反射材料藍(lán)綠激光微熔化成型裝置，最終實(shí)現(xiàn)聚焦光斑直徑小于15μm，采用5-10μm的微細(xì)粉末，實(shí)現(xiàn)了尺寸精度5μm、特征尺寸小于10微米，表面粗糙度Ra小于2μm，致密度大于99％的藍(lán)/綠光激光選區(qū)微熔化。
8激光大幅面金屬3D打印機(jī)
把打印尺寸做大，在保證精度的前提下提高效率，增加振鏡和激光的數(shù)量在目前是比較有效的辦法。通過(guò)簡(jiǎn)單振鏡拼接方式來(lái)提高打印幅面可以將打印尺寸提高到600mm以上，然而通過(guò)2振鏡或4振鏡協(xié)同實(shí)現(xiàn)的全幅面打印，尺寸會(huì)局限在300-400mm；4振鏡拼接打印效率提升有限，不足四倍；9振鏡拼接的搭接面太多。
楊永強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)與大族激光合作承擔(dān)了廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，正在開(kāi)發(fā)8激光器、4個(gè)雙振鏡組動(dòng)態(tài)調(diào)焦的大幅面3D打印機(jī)。按照楊永強(qiáng)教授的介紹，在該方案中，兩個(gè)激光負(fù)責(zé)同一個(gè)幅面，8個(gè)激光分成了四個(gè)區(qū)，來(lái)實(shí)現(xiàn)大幅面打印。
激光和振鏡的擺列方式有多重組合，如何更有效的組合好，最關(guān)鍵的是解決協(xié)同控制以及多振鏡的光學(xué)調(diào)校等問(wèn)題。
多激光大幅面打印機(jī)面臨的一個(gè)最大問(wèn)題是氣流和風(fēng)場(chǎng)的問(wèn)題，打印過(guò)程中的煙塵和飛濺難以避免，在多激光情況下將更加嚴(yán)重，氣流場(chǎng)流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、處于成型腔內(nèi)的位置、進(jìn)出氣流的大小，都將對(duì)材料的成型質(zhì)量控制產(chǎn)生不同的影響，這是該技術(shù)普遍性的問(wèn)題，楊永強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)有專(zhuān)門(mén)的博士生在從事該方面的工作。
該團(tuán)隊(duì)目前開(kāi)發(fā)的商業(yè)化最大尺寸打印機(jī)是四激光四振鏡的Dimetal-650，成型尺寸為620*620*1100mm，將亮相TCT 3D打印展。
多材料鋪粉式金屬3D打印機(jī)
華南理工楊永強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了基于SLM技術(shù)的多材料鋪粉式金屬3D打印機(jī)，采用上送粉方式，可在成型過(guò)程中，不間斷打印的情況下添加粉末，可實(shí)現(xiàn)1-4種材料梯度成型、選區(qū)成型，支持單一材料及多種材料轉(zhuǎn)換。通過(guò)控制系統(tǒng)，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控不同粉末用量數(shù)據(jù)。
成分梯度合金在航空航天和核領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，部件不同位置可能會(huì)根據(jù)工作條件的不同選擇不同的材料。這些不同的工作條件可能需要某個(gè)特定的主要功能，例如一個(gè)位置需要抗腐蝕和另一個(gè)位置需要抗蠕變，這就需要連接兩種或多種不同的合金。同時(shí)，成分梯度材料在一些應(yīng)用中可以顯著降低成本，中航工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所采用增材制造實(shí)現(xiàn)了300M與A-100鋼梯度復(fù)合設(shè)計(jì)成型，使飛機(jī)起落架的制造成本降低了45%。
使用激光粉末床熔化和直接能量沉積為成分梯度合金制造提供了一種有吸引力的途徑，它們的分層送粉機(jī)制可以在多個(gè)空間維度引入化學(xué)成分的梯度。
END
無(wú)論聚焦細(xì)分領(lǐng)域，還是解決傳統(tǒng)SLM技術(shù)的制造通病，對(duì)原有技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新正在成為趨勢(shì)，同時(shí)也成為產(chǎn)品脫穎而出的關(guān)鍵所在。實(shí)際上，這一點(diǎn)已經(jīng)成為很多傳統(tǒng)SLM設(shè)備商的共識(shí)。
除以上研究方向外，該團(tuán)隊(duì)還在開(kāi)發(fā)機(jī)器人激光/等離子增減材設(shè)備等項(xiàng)目；同時(shí)，3D打印技術(shù)參考還查詢(xún)到楊永強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)多項(xiàng)關(guān)于粘結(jié)劑噴射3D打印的專(zhuān)利已經(jīng)在去年獲得授權(quán)。
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