LED光源金屬3D打印機(jī)來了，SLEDM技術(shù)

2020年5月，南極熊發(fā)現(xiàn)，奧地利格拉茨理工大學(xué)Graz University of Technology的研究人員創(chuàng)造了一種新型的金屬3D打印機(jī)，使用LED代替激光源，用于金屬零件的快速成型制造。這種新型3D打印機(jī)可以優(yōu)化3D金屬打印的工作時(shí)間、金屬粉末消耗、設(shè)備成本和后處理工作。目前開發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為這款3D打印機(jī)申請了專利：選擇性LED燒結(jié)技術(shù)（Selective LED-based Melting，簡稱SLEDM）。

LED代替激光或電子束

基于LED的選擇性燒結(jié)（SLEDM），即利用高功率LED光源對金屬粉末進(jìn)行選擇性熔化。該技術(shù)類似于選擇性激光熔煉（SLM）和電子束熔煉（EBM），即通過激光或電子束將金屬粉末熔化，并逐層堆積成零件。SLEDM解決了這些基于粉末床的制造工藝的兩個(gè)核心問題：大批量金屬部件的生產(chǎn)耗時(shí)和人工后處理耗時(shí)。

縮短3D打印時(shí)間

與SLM或EBM工藝不同，SLEDM工藝使用大功率LED光束來熔化金屬粉末。所使用的發(fā)光二極管是由西施蒂利亞照明專家Preworks公司特別改裝的，并配備了一個(gè)復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)；在熔化過程中，LED聚焦的直徑可以在0.05到20毫米之間輕松改變。這使得在單位時(shí)間內(nèi)LED可以熔化更大體積，而不會(huì)改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而將燃料電池或醫(yī)療器械等部件的生產(chǎn)時(shí)間平均縮短20倍。

△Preworks公司的傳統(tǒng)LED燈

縮短后處理時(shí)間

SLEDM技術(shù)與新設(shè)計(jì)的生產(chǎn)設(shè)備相結(jié)合，與其他金屬熔化設(shè)備不同的是，它從上到下打印部件。這樣一來，零件就暴露在粉末堆外面，成型缸內(nèi)所需的粉末量被減少到最低限度，并且在打印過程中可以進(jìn)行必要的后處理。"目前一般的金屬3D打印方法通常需要進(jìn)行耗時(shí)的后處理，例如磨平粗糙的表面和去除支撐結(jié)構(gòu)等，這些都不再是必要的，進(jìn)一步節(jié)省了寶貴的時(shí)間。"Haas說。

應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展方向

格拉茨醫(yī)科大學(xué)的K-Project CAMed項(xiàng)目中，已經(jīng)有一個(gè)SLEDM工藝的設(shè)備在建造。2019年10月，第一個(gè)醫(yī)用3D打印實(shí)驗(yàn)室在格拉茨醫(yī)科大學(xué)的K-Project CAMed項(xiàng)目中開設(shè)了一個(gè)醫(yī)用3D打印實(shí)驗(yàn)室，生產(chǎn)相容性高的金屬植入物，由鎂合金制成的螺絲釘，用于治療骨折。這些植入物在骨折部位長在一起后，會(huì)在體內(nèi)溶解。因此不再需要進(jìn)行第二次手術(shù)，給人減少二次傷害的壓力。得益于SLEDM技術(shù)，這種植入物的生產(chǎn)將可以直接在手術(shù)室中進(jìn)行，因?yàn)?"LED燈對手術(shù)的危險(xiǎn)性自然比強(qiáng)大的激光光源要小，"Haas說。

第二個(gè)重點(diǎn)是可持續(xù)移動(dòng)性，即生產(chǎn)燃料電池的雙極板或電池系統(tǒng)的組件等部件。"我們想讓使用SLEDM的快速成型制造在電動(dòng)汽車上應(yīng)用，并將SLEDM定位在這一研究領(lǐng)域的早期階段。"Haas說，在下一步的發(fā)展中，他將生產(chǎn)出這種3D金屬打印機(jī)的市場化產(chǎn)品，由格拉茨大學(xué)制造，在大學(xué)環(huán)境中的進(jìn)一步創(chuàng)新。

SLEDM工藝是在FoE "移動(dòng)性生產(chǎn) "Mobility & Production實(shí)驗(yàn)室中開發(fā)的，這是格拉茨理工大學(xué)的五個(gè)科研重點(diǎn)之一。

在格拉茨理工大學(xué)，不同的研究小組正在研究快速成型制造工藝。生產(chǎn)工程研究所和材料科學(xué)、接合和成型研究所目前正在緊鑼密鼓地建立自己的快速成型制造實(shí)驗(yàn)室AddLab@tugraz。

面曝光激光燒結(jié)代替SLS技術(shù)

南極熊聯(lián)想到，使用LED作為能量源，不但可以熔化金屬粉末材料而實(shí)現(xiàn)金屬3D打印，還可以熔化尼龍等聚合物材料。德國工業(yè)3D打印系統(tǒng)制造商EOS宣布在2018年引入“革命性的聚合物增材制造技術(shù)”LaserProFusion：近百萬個(gè)二極管激光器，排成陣列激光，瞬間一次性燒結(jié)粉末材料，從而實(shí)現(xiàn)類似光固化中的DLP 3D打印技術(shù)。

激光器陣列可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)5千瓦的最大總輸出。對于每一層，只激活與該部件的CAD數(shù)據(jù)匹配的二極管激光器，打印出精確的像素。無論零件數(shù)量及其幾何形狀如何，新技術(shù)都可顯著縮短曝光時(shí)間。

3D打印領(lǐng)域，技術(shù)在不斷進(jìn)步和完善。未來實(shí)現(xiàn)批量化高速高質(zhì)量生產(chǎn)，將會(huì)對制造業(yè)帶來巨大的影響和改變。請關(guān)注南極熊3D打印網(wǎng)的持續(xù)跟蹤。