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(guó)（西安）國(guó)際3D打印博覽會(huì)暨高峰論壇將在西安高新國(guó)際會(huì)議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打�。┛萍紕�(chuàng)新的開(kāi)放合作共享交流平臺(tái)，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打印）領(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(chǎng)全程報(bào)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(bào)告。

下面是現(xiàn)場(chǎng)速記：

很榮幸有機(jī)會(huì)在這里和大家介紹我們?cè)诙嗉す饧庸ゎI(lǐng)域取得的進(jìn)展。我叫施慧，目前負(fù)責(zé)雷尼紹在整個(gè)中國(guó)的增材制造業(yè)務(wù)，接下來(lái)我花20分鐘的時(shí)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(tái)為了提高它的加工效率而去設(shè)計(jì)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(gè)很大的瓶頸就是加工效率低下，這樣的前提下我們開(kāi)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(guò)的多激光設(shè)備有一個(gè)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(gè)零件，也是四個(gè)激光起，這個(gè)在粉床任何一個(gè)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(gè)可以實(shí)實(shí)在在的提高效率。傳統(tǒng)的多激光設(shè)備很少會(huì)放在單一區(qū)加工，單一區(qū)更多時(shí)候會(huì)帶來(lái)很多的問(wèn)題。

500Q是由4個(gè)500W的激光器組成，在這個(gè)基礎(chǔ)上會(huì)跟大家簡(jiǎn)單介紹一下目前全新的監(jiān)控系統(tǒng)，這是目前市面上實(shí)時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)，而不是通過(guò)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(lái)源于我們這樣一套光學(xué)底座，這個(gè)光學(xué)底座是由增材制造設(shè)計(jì)，使用增材制造的技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的，充分體現(xiàn)了增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，把四套技術(shù)集合在一個(gè)模塊上，里面有隨層冷卻，避免了多個(gè)激光器相互的影響，如果發(fā)熱導(dǎo)致整個(gè)框架熱脹冷縮發(fā)生變形，相互之間的配合就會(huì)出問(wèn)題。采用了這樣一個(gè)隨形冷卻的設(shè)計(jì)以后，把模塊的溫度恒定在固定的區(qū)間。這個(gè)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(gè)角落，激光增材制造的普遍現(xiàn)象，越是往邊緣打越會(huì)差，越是在中間的時(shí)候越會(huì)好，我們通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，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(gè)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(gè)，從一個(gè)光里面出來(lái)。這樣的設(shè)計(jì)類似于像一個(gè)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(gè)窗口，而我們是一個(gè)窗口。我們的用戶可以基于激光器的四個(gè)編號(hào)，可以有幾個(gè)功能，比如選定一個(gè)激光器加工一個(gè)零件，也可以選定幾個(gè)激光器加工一個(gè)零件，也可以指定一個(gè)激光器專門掃外表皮，這樣在加工的過(guò)程中，在工藝的選擇上會(huì)有更多的選項(xiàng)提到用戶這里。把四個(gè)激光集成在一個(gè)出口的，整個(gè)工作設(shè)計(jì)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(gè)工作倉(cāng)氣流的分布。多個(gè)激光同時(shí)在一個(gè)零件上的時(shí)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(gè)激光去加工的，所以在很多時(shí)候，很多是指定一個(gè)激光來(lái)加工一個(gè)零件來(lái)進(jìn)行工作。我跟大家分享一個(gè)數(shù)據(jù)，這是我們做的每一個(gè)顏色代表了一個(gè)激光器，四個(gè)激光器加工了16個(gè)試棒，分布在粉床對(duì)應(yīng)的角落。這是它的力學(xué)性能，我們可以理解，在這個(gè)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(gè)試棒上面有各種各樣的顏色，不同的顏色對(duì)應(yīng)的不同激光器，每一根棒是由四個(gè)激光同時(shí)加工完成的，如果激光器之間相互配合出現(xiàn)了問(wèn)題，力學(xué)就會(huì)相應(yīng)的出現(xiàn)問(wèn)題。結(jié)果也表明，即使在四個(gè)激光器同時(shí)打印一個(gè)零件的時(shí)候，和一個(gè)激光器打印一個(gè)零件是沒(méi)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(gè)零件時(shí)候的顧慮。同時(shí)我們用戶還做了一個(gè)測(cè)試，用四個(gè)激光器打印了一個(gè)大型的方塊，并且一個(gè)個(gè)切好，試驗(yàn)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(diǎn)，對(duì)于500Q來(lái)說(shuō)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(gè)500Q采用的是動(dòng)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(gè)適合于工業(yè)生產(chǎn)的3D打印，而不是用來(lái)做研發(fā)的3D打印機(jī)，在這個(gè)過(guò)程中我們也開(kāi)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(shí)時(shí)的監(jiān)控系統(tǒng)，在掃描過(guò)程中會(huì)實(shí)時(shí)采集信號(hào)，通過(guò)采用，當(dāng)激光發(fā)出去的時(shí)候，有一部分光穿過(guò)了這個(gè)接收器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)激光輸出的穩(wěn)定，如果激光輸出發(fā)生波動(dòng)，馬上就能夠接收到。

當(dāng)我們采集到這樣的信號(hào)之后，我們就可以通過(guò)一個(gè)軟件進(jìn)行分析，可以從2D和3D不同的角度來(lái)判斷熔池信號(hào)的異常點(diǎn)，用戶就可以很清楚的理解，我們?cè)诖蛴〉倪^(guò)程中發(fā)生了哪些問(wèn)題，主要為了解決什么問(wèn)題？針對(duì)目前行業(yè)的現(xiàn)狀，很多時(shí)候都是做全檢，航空航天的領(lǐng)域也許能夠接受這樣一個(gè)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(gè)工具，它的目的是可以在軟件里面完成，沒(méi)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(duì)應(yīng)。

檢查熔池的變化，可以通過(guò)熔池的變化來(lái)看到光學(xué)窗口的潔凈度。當(dāng)我們打印一個(gè)零件的時(shí)候，可能在某一個(gè)區(qū)域發(fā)生了一個(gè)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(shí)候，如果還是在同樣的區(qū)域發(fā)生了異常，這是一個(gè)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(méi)有規(guī)律的，就是另外一個(gè)問(wèn)題。我們可以通過(guò)這樣的分析軟件，可以判斷出來(lái)在成形過(guò)程中發(fā)生了什么樣的問(wèn)題，應(yīng)該是什么樣的原因，在下一次打印的時(shí)候可以規(guī)避。同時(shí)在打印的過(guò)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(gè)打印，就可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)的操作。而現(xiàn)在沒(méi)有辦法很智能，發(fā)現(xiàn)異常自動(dòng)處理掉，現(xiàn)在還沒(méi)有本事做到這樣一個(gè)程度。

結(jié)合這些功能，我們就有了一個(gè)改進(jìn)的機(jī)會(huì)，我們了解了成形的過(guò)程中發(fā)生了一些什么樣的問(wèn)題，其次記錄下來(lái)，之后通過(guò)分析，找到原因給出對(duì)應(yīng)的解決方案，再反饋回去的時(shí)候，可以在設(shè)計(jì)端，在掃描策略方面，可以有針對(duì)性的規(guī)避這些問(wèn)題。同時(shí)第二個(gè)改進(jìn)的機(jī)會(huì)，把原來(lái)的無(wú)差別的全檢模式，改變?yōu)楝F(xiàn)在只需要對(duì)異常的區(qū)域進(jìn)行掃描和檢測(cè)，降低了用戶后期可能面對(duì)的檢測(cè)成本，縮短了它的時(shí)間。在未來(lái)我們正在開(kāi)發(fā)的功能是什么呢？因?yàn)槲覀冎�道了熔池�?duì)應(yīng)的信號(hào)，現(xiàn)在我們正在開(kāi)發(fā)的是要把它變成一個(gè)實(shí)時(shí)的全閉環(huán)的控制，既然檢測(cè)到了這個(gè)信號(hào)，就要馬上對(duì)這個(gè)工藝參數(shù)做出自動(dòng)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(méi)有達(dá)到這樣一個(gè)高度。未來(lái)的一到兩年之內(nèi)，基本上這一代的產(chǎn)品就會(huì)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(qiáng)的氣流系統(tǒng)。前面有老師講到，氣流對(duì)于金屬增材制造來(lái)說(shuō)是非常重要的環(huán)節(jié)，決定了成形的指標(biāo)。目前相對(duì)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(jì)是加了一個(gè)下壓式的氣流，從而確保煙塵不會(huì)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(gè)工作區(qū)域產(chǎn)生的污染物全部帶走。這樣帶來(lái)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(shuō)在鈦合金打印方面，在500Q方面可以打印出來(lái)超過(guò)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(méi)有可見(jiàn)的孔隙，這比傳統(tǒng)的氣流設(shè)計(jì)有了很大的提升。

這是鈦合金的拉伸性能的比較，我們針對(duì)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(duì)來(lái)說(shuō)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(duì)來(lái)說(shuō)我們做出來(lái)它的缺陷是顯著減少的，同時(shí)提供了一個(gè)額外的壽命。

接下來(lái)簡(jiǎn)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(tái)的設(shè)備，比如法國(guó)賽風(fēng)空客飛機(jī)上的液壓氣管，這是西安壓的一個(gè)客戶，主要是做發(fā)動(dòng)機(jī)上的部件。這是我們?cè)诿绹?guó)的一個(gè)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(gè)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(guó)的客戶，主要是做醫(yī)療方面的一些植入物。雷尼紹我們?cè)瓉?lái)也不是做增材制造，是從減材制造里面過(guò)來(lái)的，是跨界過(guò)來(lái)做增材制造的客戶。為什么我們要做增材制造呢？因?yàn)槲覀冇蟹浅ＸS富的減材經(jīng)驗(yàn)，增減材是離不開(kāi)的，在這個(gè)過(guò)程中，打印完毛坯件以后要做精加工和檢測(cè)，會(huì)面臨一系列的問(wèn)題，你怎么定位加工，怎么樣去檢測(cè)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！