雷尼紹施慧：多激光金屬3D打印的創(chuàng)新

2019年9月19-21日，IAME中國（西安）國際3D打印博覽會暨高峰論壇將在西安高新國際會議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打印）科技創(chuàng)新的開放合作共享交流平臺，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打�。╊I(lǐng)域成果及人才，促進(jìn)行業(yè)各環(huán)節(jié)、產(chǎn)業(yè)鏈的銜接融合。南極熊作為戰(zhàn)略合作媒體，到西安現(xiàn)場全程報道。

2019年9月 20 日“增材制造工藝與裝備論壇”，雷尼紹上海貿(mào)易有限公司增材制造事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理施慧做了主題是《多激光加工的創(chuàng)新》的報告。

下面是現(xiàn)場速記：

很榮幸有機(jī)會在這里和大家介紹我們在多激光加工領(lǐng)域取得的進(jìn)展。我叫施慧，目前負(fù)責(zé)雷尼紹在整個中國的增材制造業(yè)務(wù)，接下來我花20分鐘的時間講一下我們最新的研究成果。

雷尼紹在2017年底就推出了我們第一款四激光加工設(shè)備叫做RenAM500Q，這是一臺為了提高它的加工效率而去設(shè)計的一款設(shè)備，我們都知道目前增材制造走向產(chǎn)業(yè)化，其中有一個很大的瓶頸就是加工效率低下，這樣的前提下我們開發(fā)了500Q的設(shè)備，我們可以看到中間加工的視頻，和我們目前接觸過的多激光設(shè)備有一個很大的區(qū)別，它真正的四激光協(xié)同加工，即使你是加工一個零件，也是四個激光起，這個在粉床任何一個角落都是用四激光一起加工的。我們和分區(qū)多激光掃描是不同的，這個可以實實在在的提高效率。傳統(tǒng)的多激光設(shè)備很少會放在單一區(qū)加工，單一區(qū)更多時候會帶來很多的問題。

500Q是由4個500W的激光器組成，在這個基礎(chǔ)上會跟大家簡單介紹一下目前全新的監(jiān)控系統(tǒng)，這是目前市面上實時的監(jiān)控系統(tǒng)，而不是通過采集數(shù)據(jù)在后面進(jìn)行分析。我們四激光的設(shè)備，多激光的創(chuàng)新，最大的創(chuàng)新來源于我們這樣一套光學(xué)底座，這個光學(xué)底座是由增材制造設(shè)計，使用增材制造的技術(shù)生產(chǎn)出來的，充分體現(xiàn)了增材制造技術(shù)的優(yōu)勢，把四套技術(shù)集合在一個模塊上，里面有隨層冷卻，避免了多個激光器相互的影響，如果發(fā)熱導(dǎo)致整個框架熱脹冷縮發(fā)生變形，相互之間的配合就會出問題。采用了這樣一個隨形冷卻的設(shè)計以后，把模塊的溫度恒定在固定的區(qū)間。這個模塊安裝在粉床的正中央，確保了每一束光可以打到粉床上的一個角落，激光增材制造的普遍現(xiàn)象，越是往邊緣打越會差，越是在中間的時候越會好，我們通過這樣的設(shè)計，把四套掃描光纜約束在高效的區(qū)域之間進(jìn)行配合，從而確保整個的加工質(zhì)量。

雖然是四激光系統(tǒng)，但是保護(hù)鏡只有一個，從一個光里面出來。這樣的設(shè)計類似于像一個單激光，跟市面上多激光設(shè)備是不一樣的，他們?nèi)绻�有四激光就有四個窗口，而我們是一個窗口。我們的用戶可以基于激光器的四個編號，可以有幾個功能，比如選定一個激光器加工一個零件，也可以選定幾個激光器加工一個零件，也可以指定一個激光器專門掃外表皮，這樣在加工的過程中，在工藝的選擇上會有更多的選項提到用戶這里。把四個激光集成在一個出口的，整個工作設(shè)計就比較小巧，這里面提供了很多小孔，下壓式的氣流，改善了整個工作倉氣流的分布。多個激光同時在一個零件上的時候，多激光和單激光比肯定是有差異的，大家都認(rèn)為多激光不如一個激光去加工的，所以在很多時候，很多是指定一個激光來加工一個零件來進(jìn)行工作。我跟大家分享一個數(shù)據(jù)，這是我們做的每一個顏色代表了一個激光器，四個激光器加工了16個試棒，分布在粉床對應(yīng)的角落。這是它的力學(xué)性能，我們可以理解，在這個情況下，只要你的設(shè)備調(diào)校好了，打印的效果基本上是一致的。這張圖是每個試棒上面有各種各樣的顏色，不同的顏色對應(yīng)的不同激光器，每一根棒是由四個激光同時加工完成的，如果激光器之間相互配合出現(xiàn)了問題，力學(xué)就會相應(yīng)的出現(xiàn)問題。結(jié)果也表明，即使在四個激光器同時打印一個零件的時候，和一個激光器打印一個零件是沒有差異的。我相信可以排除很多用戶關(guān)于多激光協(xié)同打印一個零件時候的顧慮。同時我們用戶還做了一個測試，用四個激光器打印了一個大型的方塊，并且一個個切好，試驗的結(jié)果和單激光打印是一致的。

為什么要做四激光的設(shè)備？就是為了提高產(chǎn)量。前面友商也介紹了多激光在產(chǎn)能提升上的不同點，對于500Q來說也是同樣的，相當(dāng)于傳統(tǒng)的單激光設(shè)備產(chǎn)能差異是多少呢？差不多3.5倍的加工效益。在新設(shè)備上面我們采用了很多不同的技術(shù)。比如目前整個500Q采用的是動態(tài)聚焦的方式，既然我們要提升產(chǎn)能，我們要打造的是一個適合于工業(yè)生產(chǎn)的3D打印，而不是用來做研發(fā)的3D打印機(jī)，在這個過程中我們也開發(fā)了一系列的監(jiān)控系統(tǒng)，最新推出的監(jiān)控系統(tǒng)是真正的實時的監(jiān)控系統(tǒng)，在掃描過程中會實時采集信號，通過采用，當(dāng)激光發(fā)出去的時候，有一部分光穿過了這個接收器，能夠?qū)崟r監(jiān)測激光輸出的穩(wěn)定，如果激光輸出發(fā)生波動，馬上就能夠接收到。

當(dāng)我們采集到這樣的信號之后，我們就可以通過一個軟件進(jìn)行分析，可以從2D和3D不同的角度來判斷熔池信號的異常點，用戶就可以很清楚的理解，我們在打印的過程中發(fā)生了哪些問題，主要為了解決什么問題？針對目前行業(yè)的現(xiàn)狀，很多時候都是做全檢，航空航天的領(lǐng)域也許能夠接受這樣一個檢查的方式，如果你要把它轉(zhuǎn)到民用領(lǐng)域，這樣的效率和成本就更加約束了增材制造在這些領(lǐng)域的使用。我們提供了這個工具，它的目的是可以在軟件里面完成，沒有異常的就可以判定為合格的�？梢院鸵郧暗某尚螖�(shù)據(jù)比較，每一層都和以前逐層逐層的對應(yīng)。

檢查熔池的變化，可以通過熔池的變化來看到光學(xué)窗口的潔凈度。當(dāng)我們打印一個零件的時候，可能在某一個區(qū)域發(fā)生了一個現(xiàn)象，導(dǎo)致它的能量發(fā)生了異常，當(dāng)你打下一層的時候，如果還是在同樣的區(qū)域發(fā)生了異常，這是一個有規(guī)律的，可能是固定的，是從窗口上面也許就有一些粘附在上面。如果是隨機(jī)的沒有規(guī)律的，就是另外一個問題。我們可以通過這樣的分析軟件，可以判斷出來在成形過程中發(fā)生了什么樣的問題，應(yīng)該是什么樣的原因，在下一次打印的時候可以規(guī)避。同時在打印的過程中如果發(fā)生異常，根據(jù)用戶的設(shè)定，軟件可以發(fā)送提醒的信息給到操作人員，是否需要中斷這個打印，就可以進(jìn)行對應(yīng)的操作。而現(xiàn)在沒有辦法很智能，發(fā)現(xiàn)異常自動處理掉，現(xiàn)在還沒有本事做到這樣一個程度。

結(jié)合這些功能，我們就有了一個改進(jìn)的機(jī)會，我們了解了成形的過程中發(fā)生了一些什么樣的問題，其次記錄下來，之后通過分析，找到原因給出對應(yīng)的解決方案，再反饋回去的時候，可以在設(shè)計端，在掃描策略方面，可以有針對性的規(guī)避這些問題。同時第二個改進(jìn)的機(jī)會，把原來的無差別的全檢模式，改變?yōu)楝F(xiàn)在只需要對異常的區(qū)域進(jìn)行掃描和檢測，降低了用戶后期可能面對的檢測成本，縮短了它的時間。在未來我們正在開發(fā)的功能是什么呢？因為我們知道了熔池對應(yīng)的信號，現(xiàn)在我們正在開發(fā)的是要把它變成一個實時的全閉環(huán)的控制，既然檢測到了這個信號，就要馬上對這個工藝參數(shù)做出自動化的修正，馬上可以調(diào)整下一步的激光輸出功率，這是我們目前在做的，現(xiàn)階段我們的設(shè)備還沒有達(dá)到這樣一個高度。未來的一到兩年之內(nèi)，基本上這一代的產(chǎn)品就會出現(xiàn)。

多激光的系統(tǒng)面臨的更多是產(chǎn)生更多的煙塵，你就要有更強的氣流系統(tǒng)。前面有老師講到，氣流對于金屬增材制造來說是非常重要的環(huán)節(jié)，決定了成形的指標(biāo)。目前相對于可以看到傳統(tǒng)的大部分設(shè)備是水平吹掃的方式，或者從左到右，或者從后到前的方式，像我們?nèi)�新的設(shè)計是加了一個下壓式的氣流，從而確保煙塵不會跑到保護(hù)鏡上面，下壓的再加上水平方向的氣流，可以確保有效的把整個工作區(qū)域產(chǎn)生的污染物全部帶走。這樣帶來的效果是什么呢？比以往可以提高更好的力學(xué)性能，可以得到更好的致密度。比如說在鈦合金打印方面，在500Q方面可以打印出來超過致密度的99.99%。從它的拉伸看斷裂面，把杯錐狀方面基本看不到缺陷，CT掃描也基本上沒有可見的孔隙，這比傳統(tǒng)的氣流設(shè)計有了很大的提升。

這是鈦合金的拉伸性能的比較，我們針對于傳統(tǒng)的鍛造以及常用的增材制造設(shè)備，以及我們500Q進(jìn)行了比較，可以看到在目前的500Q得到的拉伸性能要比常規(guī)的設(shè)備相對來說更好一些。這是它的疲勞表現(xiàn)，在同樣的疲勞壽命次數(shù)下，目前500Q打印的試棒承受的力要比其他的產(chǎn)品更高一些，相對來說我們做出來它的缺陷是顯著減少的，同時提供了一個額外的壽命。

接下來簡單跟大家分享一下正在用我們500Q的客戶，我們從2017年底到目前全球也陸陸續(xù)續(xù)銷售了幾十臺的設(shè)備，比如法國賽風(fēng)空客飛機(jī)上的液壓氣管，這是西安壓的一個客戶，主要是做發(fā)動機(jī)上的部件。這是我們在美國的一個客戶，主要是在能源和天然氣領(lǐng)域做一些井下鉆井部件。這是瑞典桑德維肯，他們剛剛發(fā)布了一個銑刀的刀盤，就是用我們500Q進(jìn)行的批量化的生產(chǎn)。這是美國的客戶，主要是做醫(yī)療方面的一些植入物。雷尼紹我們原來也不是做增材制造，是從減材制造里面過來的，是跨界過來做增材制造的客戶。為什么我們要做增材制造呢？因為我們有非常豐富的減材經(jīng)驗，增減材是離不開的，在這個過程中，打印完毛坯件以后要做精加工和檢測，會面臨一系列的問題，你怎么定位加工，怎么樣去檢測這些拓?fù)鋬?yōu)化復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。今天我們可以提供非常完整的解決方案，不單單是基于增材，而是基于增材制造的這種制造技術(shù)。

我這邊的介紹就到這里，謝謝大家！