發(fā)揮多激光器在增材制造中的生產(chǎn)優(yōu)勢，開啟無限可能

我們平常都說“人多智廣、人多力量大”，但是對于金屬增材制造而言，四激光系統(tǒng)是否比單激光系統(tǒng)更勝一籌呢？按照我們平常的思路，當(dāng)然是激光器越多，金屬3D打印機的工作效率越高，那么為什么市場上大部分的金屬3D打印機是但激光器呢？接下來，雷尼紹增材制造產(chǎn)品部市場經(jīng)理Robin Weston先生，以雷尼紹RenAM 500Q四激光器金屬3D打印機為例，詳細講解四激光系統(tǒng)在金屬3D打印機中如何大幅提高工作臺的生產(chǎn)效率，有什么樣的技術(shù)困難。

RenAM 500Q的制程速度是單激光系統(tǒng)的4倍，有助于將金屬增材制造技術(shù)引入新行業(yè)，為之前缺乏經(jīng)濟效益的應(yīng)用增添使用動力。

增材制造驅(qū)動創(chuàng)新設(shè)計
RenAM 500Q的主要驅(qū)動力 — 內(nèi)置創(chuàng)新型光學(xué)系統(tǒng)是RenAM 500Q設(shè)計的關(guān)鍵組件，摻鐿光纖激光束進入光學(xué)系統(tǒng)后，由通過精密振鏡底座驅(qū)動的四對掃描振鏡引導(dǎo)，掃描振鏡旋轉(zhuǎn)，引導(dǎo)激光束覆蓋在加工托盤的粉末上。光學(xué)系統(tǒng)也會動態(tài)聚焦激光，不斷調(diào)整焦距，確保光束角度在平坦的工作區(qū)域內(nèi)發(fā)生變化時光斑尺寸保持不變。要在粉末床上實現(xiàn)高精度加工，需借助專業(yè)的光學(xué)和控制工程技術(shù)；而這些技術(shù)經(jīng)過雷尼紹多年來在REVO®（用于坐標(biāo)測量機）等產(chǎn)品上不斷研發(fā)改進，已經(jīng)非常成熟。

RenAM 500Q的光學(xué)系統(tǒng)采用該技術(shù)一方面可使掃描振鏡的封裝更加嚴密，另一方面還可以設(shè)計出內(nèi)部隨形冷卻水道，確保光學(xué)系統(tǒng)具有精確的熱穩(wěn)定性。光學(xué)系統(tǒng)從構(gòu)思到成品，離不開組合制造技術(shù)的使用；具體方法是將損耗性加工托盤作為成品部件的組成部分，這樣不僅可以減少耗材量，還可以減少從托盤上移除零件所需的加工步驟。位于斯塔福德郡的雷尼紹增材制造解決方案中心針對批量生產(chǎn)，對零件、增材制造支撐結(jié)構(gòu)及制造設(shè)計進行了進一步優(yōu)化。

釋放生產(chǎn)力
新型四激光系統(tǒng)在不增大工作臺尺寸的情況下，可將生產(chǎn)效率提升3倍之多。大型增材制造設(shè)備通常會面臨較多問題，包括：材料庫存的增加、重型基板的機械裝卸、較大工作區(qū)域內(nèi)保護氣體的效率、資金成本的增加以及占地面積的增大等。要生產(chǎn)大型零件，必須消化這些不利因素，但就市場吸引力而言，中型設(shè)備更具優(yōu)勢。目前，中型設(shè)備面臨的主要阻礙是激光器數(shù)量有限而降低生產(chǎn)效率。

單激光、雙激光、四激光系統(tǒng)19小時后的加工進度對比

用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 單激光系統(tǒng)19小時后的加工進度

用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 雙激光系統(tǒng)19小時后的加工進度

用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 四激光系統(tǒng)19小時后的加工進度

RenAM 500Q以雷尼紹RenAM 500M單激光系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)為基礎(chǔ)開發(fā)而成，兩者均可用于批量生產(chǎn)，但是存在一些明顯差異。最大的區(qū)別是RenAM 500Q有四個激光器，但是所有子系統(tǒng)都必須根據(jù)生產(chǎn)量的增加情況重新進行設(shè)計。此外，四個激光器在增材制造過程中對粉塵的處理能力也非常重要。如果通過提高氣體流通量和氣流速度來解決這一問題，會增加濾芯（用于收集粉塵）等其他子系統(tǒng)的作業(yè)負擔(dān)。因此，雷尼紹的做法是在氣流中裝設(shè)一個熱轉(zhuǎn)換器來保持加工溫度的穩(wěn)定性，同時利用預(yù)過濾旋風(fēng)分離器來分離小顆粒與大顆粒粉末，從而延長濾芯壽命并提高粉末的循環(huán)利用率。

其他改進措施包括改善整個加工區(qū)域的氣流穩(wěn)定性，顯著減少流程間的清潔作業(yè)量。RenAM 500Q在整個加工區(qū)域設(shè)置有四個激光器，因此保持光學(xué)系統(tǒng)和粉末床之間的精確位置關(guān)系也至關(guān)重要。工程技術(shù)的進步有助于確保上述目標(biāo)的實現(xiàn)，這些進步包括使用精密運動配件重新定位刷粉器、縮短設(shè)置時間以及提高重復(fù)精度等。

結(jié)構(gòu)緊湊，潛力巨大
要高效使用四個激光器，需進行更多的前期規(guī)劃和工藝過程管理工作。最直接的切入點是讓每個激光器加工一個或一組獨立零件。如此一來，激光器便可并行作業(yè)。初步研究顯示，同時加工多個相鄰零件時需格外小心，因為加工一個零件排放的廢氣可能會影響另一個零件。結(jié)果表明，盡管加工出的零件表面光潔度存在一些細微差異，但總體而言，激光器并行作業(yè)是一種最容易管理的加工情形，也是推薦給大多數(shù)用戶使用的入門方法。

除此之外，在多激光加工過程中，選擇哪種加工方式主要取決于具體應(yīng)用場合。顯然，可以使用四個激光器加工同一個零件，并且由于雷尼紹RenAM 500Q的每個激光器都能覆蓋整個金屬粉末床，用戶因而可以選擇最優(yōu)化的加工策略。振鏡底座就是采用增材制造方法，由四個激光器經(jīng)過19個小時加工制成。它是一種理想的增材制造部件，在此種應(yīng)用情形中，其功能需求側(cè)重于熱穩(wěn)定性、防漏，以及幾何重復(fù)精度。振鏡底座不能承受較重的結(jié)構(gòu)載荷，因此組件測試僅限于驗證功能性設(shè)計要求。

對于更具挑戰(zhàn)性的結(jié)構(gòu)零件，特別是在對安全性要求極高的應(yīng)用場合中使用的零件（例如航空航天、醫(yī)療保健和賽車運動等），大多數(shù)用戶都希望詳細了解多激光交互作用的影響，而這需要進行更多的測試和評估。雷尼紹解決方案中心應(yīng)用計劃為潛在用戶提供此類測試和評估。

對于如何應(yīng)用多激光技術(shù)，每個用戶都會有自己的見解：是利用這項技術(shù)提高業(yè)已成熟的增材制造應(yīng)用領(lǐng)域的生產(chǎn)效益，還是開拓能夠顯著提高生產(chǎn)效率的新市場和應(yīng)用領(lǐng)域？

如今增材制造已成為一項可行的批量生產(chǎn)技術(shù)。增材制造技術(shù)正積極拓展應(yīng)用到新的領(lǐng)域。這些領(lǐng)域不僅追求增材制造的技術(shù)效益，而且注重高質(zhì)量組件的生產(chǎn)經(jīng)濟效益。

更重要的是，雷尼紹RenAM 500Q系統(tǒng)的生產(chǎn)效率提升3倍之多，而初始資本投資只是適度地增加，這意味著零件單位成本有所降低，必將有助于增強金屬增材制造的市場吸引力，為現(xiàn)有用戶創(chuàng)造更多收益�；氐狡�首的問題，答案不言而喻，RenAM 500Q四激光系統(tǒng)確實是青出于藍而勝于藍。