Solukon自動(dòng)除粉解決方案，解決中型 LPBF 復(fù)雜構(gòu)件后處理難題

多年來，金屬激光粉末床熔合 (LPBF) 的工業(yè)化一直受到“除粉瓶頸”的困擾。即使機(jī)器經(jīng)過優(yōu)化可以打印得更快、產(chǎn)量更高，手動(dòng)除粉的需求仍然是真正進(jìn)步的障礙，這不僅增加了打印部件的交付周期，還需要更多的技術(shù)技能和勞動(dòng)力。幸運(yùn)的是，這一趨勢(shì)正在轉(zhuǎn)變：德國(guó)Solukon等公司開發(fā)的自動(dòng)除粉解決方案使零件制造商能夠通過除粉等早期后處理步驟達(dá)到增材制造的生產(chǎn)率。自 2015 年推出首個(gè)工業(yè)自動(dòng)除粉系統(tǒng)以來，Solukon 近十年來一直在自動(dòng)后處理領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。這些自動(dòng)化解決方案也在建立金屬零件生產(chǎn)的自動(dòng)化端到端工作流程方面發(fā)揮著作用。

Solukon 的最新系統(tǒng) SFM-AT350/-E是一款精密的解決方案，專門用于處理重達(dá) 100 公斤（包括構(gòu)建板）的復(fù)雜中型部件。通常，在考慮最艱巨的除粉挑戰(zhàn)時(shí)，人們會(huì)想象一個(gè)巨大而復(fù)雜的部件，例如熱交換器或火箭推進(jìn)系統(tǒng)，它們具有許多內(nèi)部通道。毋庸置疑，高達(dá)一米、重達(dá)數(shù)百公斤的大型零件很難除粉，然而更為常見的中型部件也有其自身的復(fù)雜性。正如 Solukon 所說：“即使對(duì)于中型部件，我們也看到復(fù)雜性不斷增加，對(duì)清潔質(zhì)量和過程透明度的要求也不斷提高�！�

中型零件的復(fù)雜程度不斷提高

最初，自動(dòng)除粉解決方案主要關(guān)注的是職業(yè)健康和安全。使用基本解決方案可以輕松實(shí)現(xiàn)更高水平的安全性。隨著具有復(fù)雜幾何形狀的 3D 打印中型金屬部件的日益普及，除了安全方面，自動(dòng)除粉已成為實(shí)現(xiàn)和保持制造技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性的重要組成部分。同時(shí)，當(dāng)傳統(tǒng)制造工藝無法滿足要求時(shí)，例如在生產(chǎn)需要整合的結(jié)構(gòu)和具有復(fù)雜內(nèi)部冷卻通道的組件時(shí)，增材制造技術(shù)是最有意義的。這意味著要充分利用該技術(shù)，既需要設(shè)計(jì)優(yōu)化的幾何形狀，又需要能夠有效地從中去除粉末。

正如 Solukon 首席執(zhí)行官兼首席技術(shù)官 Andreas Hartmann 所說：“如果您使用 LPBF 打印的部件易于除粉，那么您就沒有充分發(fā)揮激光粉末床熔融技術(shù)的潛力。換句話說，部件越復(fù)雜，除粉過程就越復(fù)雜。我們看到 3D 打印部件的復(fù)雜性不斷增加，毫無疑問，對(duì)于中型部件領(lǐng)域，需要具有新的可編程化的復(fù)雜除粉解決方案�！�

制定除粉新標(biāo)準(zhǔn)

這就是 Solukon 的SFM-AT350/-E 系統(tǒng)的作用所在。目前，這是中型 LBPF 領(lǐng)域最暢銷的除粉系統(tǒng)，該緊湊型工業(yè)系統(tǒng)不僅高度自動(dòng)化（因此無需每一步都進(jìn)行人工操作），而且與敲擊和刷洗等手動(dòng)方法相比，它在實(shí)際去除中型金屬打印件上的粉末方面更為有效。

該機(jī)器的粉末去除能力歸功于硬件和軟件功能的結(jié)合。在硬件方面，該系統(tǒng)基于 Solukon 的智能粉末回收技術(shù)，該技術(shù)集成了在完全受保護(hù)的環(huán)境中擴(kuò)展部件運(yùn)動(dòng)（水平軸旋轉(zhuǎn) 250 度，構(gòu)建板無限旋轉(zhuǎn)）。在系統(tǒng)內(nèi)部，打印部件和構(gòu)建板固定在完全可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上，可以對(duì)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。這種連續(xù)運(yùn)動(dòng)通過有針對(duì)性的振動(dòng)得到加強(qiáng)。

關(guān)于這一點(diǎn)，該公司指出，其除粉解決方案有兩種激勵(lì)選項(xiàng)：標(biāo)準(zhǔn) SFM-AT350 配備氣動(dòng)激勵(lì)和可選的敲擊系統(tǒng)，而 2023 年 10 月發(fā)布的SFM-AT350-E 配備壓電（超聲波）沖擊。后者能夠通過高頻和自調(diào)節(jié)振動(dòng)非常溫和地清潔打印部件。這些自動(dòng)化功能與手套口相得益彰，可使用壓縮空氣或惰性氣體進(jìn)行手動(dòng)精加工。在整個(gè)過程中，所有粉末都回收到系統(tǒng)底部的密封容器中，方便重復(fù)使用或回收。

Solukon 的兩種除粉解決方案之前都能夠處理重達(dá) 60 公斤的部件。為了使該技術(shù)能夠應(yīng)用于更廣泛的中型部件尺寸，該公司最近升級(jí)了其系統(tǒng)，使其腔體容量更大。截至本月，SFM-AT350/-E 可以對(duì)尺寸最大為 400 x 400 x 400 毫米（或 500 x 280 x 400 毫米）且重量最大為 100 公斤的部件進(jìn)行除粉。

智能除粉

與任何增材制造或后處理技術(shù)一樣，硬件只是其中的一部分：軟件也發(fā)揮著同樣重要的作用。Solukon的 SPR-Pathfinder 軟件可將一臺(tái)可以以多種方式移動(dòng)的機(jī)器轉(zhuǎn)變?yōu)橐慌_(tái)可以以特定方式移動(dòng)的機(jī)器，以從特定的增材幾何形狀中去除粉末。

該公司表示：“當(dāng)復(fù)雜程度超過一定程度時(shí)，肉眼無法看到部件必須如何移動(dòng)才能使粉末完全排出。”即使是 CAD 文件（它提供了有關(guān)零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的更多信息），也無法揭示明顯的除粉運(yùn)動(dòng)模式。該軟件通過計(jì)算 SFM-AT350/-E 中特定零件幾何形狀的優(yōu)化運(yùn)動(dòng)路徑來填補(bǔ)這一空白。此路徑生成基于零件數(shù)字孿生的流動(dòng)模擬。這種創(chuàng)新方法標(biāo)志著數(shù)字孿生技術(shù)首次用于商業(yè)后處理。

從用戶的角度來看，該軟件可以大大減少除粉時(shí)間和人工。SPR-Pathfinder 被稱為“即發(fā)即棄”解決方案，它只需要用戶上傳打印部件的 CAD 文件。然后，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算硬件的運(yùn)動(dòng)模式，以實(shí)現(xiàn)最佳的除粉效果。值得注意的是，在多個(gè)部件連接到構(gòu)建板上的情況下，該軟件可以計(jì)算整個(gè)構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)序列。

Solukon 的SPR-Pathfinder 軟件不僅與我們一直關(guān)注的 SFM-AT350/-E 解決方案兼容，還可以與該公司的 SFM AT800-S 和 SFM-AT1000-S 配對(duì)，以實(shí)現(xiàn)更大的構(gòu)建。

可測(cè)量的后處理之路

借助 Solukon 的SFM-AT350/-E 系統(tǒng)，通過自動(dòng)除粉解決中型 LPBF 的復(fù)雜性。Solukon 的自動(dòng)化除粉解決方案在公司更廣泛的使命中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，即為激光粉末床熔合提供可測(cè)量、透明的后處理。正如該公司所說：“打印下游的流程必須透明流動(dòng)，以便讓用戶清楚地了解其增材生產(chǎn)線的效率�！� 該公司的數(shù)字工廠工具 (DFT) 也是這一目標(biāo)的核心，它由用于過程監(jiān)控、除粉自動(dòng)化和數(shù)字集成的傳感器和接口套件組成。

具體來說，DFT 解決方案記錄整個(gè)除粉過程中的過程數(shù)據(jù)（例如殘余氧含量、濕度、腔體壓力、功耗、沖擊頻率等），并將數(shù)據(jù)合成到協(xié)議文件中。用戶還可以為相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置關(guān)鍵限值，以便清晰顯示任何偏差并隨時(shí)進(jìn)行分析。監(jiān)控工具還可以測(cè)量介質(zhì)消耗，并輸出除粉過程的碳足跡，這些功能有助于驗(yàn)證未來的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。

所有過程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)最終都可以通過 OPC UA 進(jìn)行編譯，并集成到控制中心的數(shù)字儀表板中。這意味著 Solukon 系統(tǒng)也可以從中央控制中心進(jìn)行監(jiān)控，也可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，輕松融入自動(dòng)化生產(chǎn)線。

Solukon 的 DFT 解決方案是一項(xiàng)可選功能，可與其除粉解決方案集成。據(jù)該公司稱，目前約有 85% 的 SFM-AT350 客戶使用 DFT，并報(bào)告了積極成果。

Hartmann 總結(jié)道：“工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)從‘為什么有這個(gè)問題’發(fā)展到‘如何解決’。換言之，我們的客戶和其他相關(guān)方已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，為了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的增材制造，他們不可避免地需要自動(dòng)除粉。他們現(xiàn)在正在仔細(xì)研究我們技術(shù)的個(gè)別優(yōu)勢(shì)和具體應(yīng)用，而不是問他們?yōu)槭裁葱枰�除粉。我們一直是這一重要發(fā)展的主要推動(dòng)者，整個(gè)行業(yè)都將從中受益�！�

最終，自動(dòng)化和過程監(jiān)控的除粉解決方案（例如 Solukon 的 SFM-AT350/-E）可確保打印部件無粉且可進(jìn)行下游后處理，并為金屬部件生產(chǎn)創(chuàng)造更高的端到端透明度。