激光选区熔化设备成型能力包管

一、激光选区熔化成型设备简介

激光选区熔化技术(Selective laser melting，SLM)是现代金属增材制造技术的典范代表，也是未来增材加工制造生长的主要偏向之一。激光选区熔化技术由于其成型精度优良、成型零件致密度高、可直接成型庞大形状、可成型质料广泛等已被广泛应用于航空航天、科研教育、医疗、工业模具、汽车等领域。该技术主要通过激光束被聚焦到成型平面上并由扫描振镜控制以一定速率和路径进行运动，将扫描区域的金属粉末快速熔化并凝固而形成实体，通过逐层累积的方法最终实现庞大三维结构的加工。

918博天娱乐是一家专业从事金属3D打印设备研发、制造、销售以及提供3D打印效劳的高新技术企业，公司团队传承华南理工大学十余年金属3D打印设备、质料工艺研发经验，目前已经推出“高精度、多质料、大尺寸、高效率”系列化的激光选区熔化成型设备，在设备稳定性、设备成型能力包管方面具有多年累积的经验。

通常，激光选区熔化成型设备主要由几大焦点部分组成：光学系统、铺粉成型系统、气体循环净化系统、盘算机控制系统以及其他辅助器件等组成。成型设备各部分的可靠性及其性能、各部分之间相互协调事情等直接影响成型零件的成型质量（包括几何精度、外貌精度、内部缺陷等）与成型性能（包括机械性能、耐腐化性能等），从而影响产品的应用。同时，成型设备的稳定性及其事情连续性是企业大规模生产的重要包管。在企业应用历程中，设备问题而导致成型零件的失败往往是难以弥补的，这不但造成了质料、人工等资源的直接浪费，还可能导致加工效率的降低、客户的流失等，严重阻碍技术推广应用及工业化。因此，关于推广技术、产品应用，激光选区熔化成型设备的成型能力包管显得尤为要害。

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广州918博天娱乐增材Dimetal-100激光选区熔化成型设备组成

二、设备要害组成部分的作用及其要求

1、光学系统

作为激光选区熔化设备最焦点的组成部分，光学系统主要由激光器、扩束镜、扫描振镜、f-θ镜等组成。在激光选区熔化成型历程中，光学系统通过激光器发出激光束并经过柔性光纤传输后，通过扩束镜以扩展激光束直径，以减少作用于扫描振镜的激光能量密度，最后通过f-θ透镜消除枕形畸变以获得光束质量高、聚焦光斑精确的激光束。该激光束被聚焦于成型外貌，并在振镜运动控制卡与盘算机控制系统的协同控制下，以设定速度与预定路径进行加热熔化金属粉末并快速凝固形成实体。

在激光选区熔化成型设备中，对光学系统主要有以下几方面要求：

（1）激光焦点：激光束通过聚焦于成型外貌而具有高能量密度使金属粉末熔化，当成型设备的焦点偏离成型外貌太多，不但会导致激光束由于缺乏足够高的能量密度使金属粉末熔化，同时离焦的大光斑容易使成型零件外貌精细度降低，极限成型尺寸增大。因此，成型设备的焦点准确聚焦于成型外貌是设备成型性能包管的条件之一。

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2）振镜校准：扫描振镜作为激光选区熔化成型高精度包管的焦点部件。通过振镜运动控制卡与盘算机系统控制振镜进行指令角度的偏转，实现激光束在成型外貌指定位置进行精确扫描。在振镜系统中，其偏转角与平面坐标之间保存着固有的非线性映射关系，加之光学组件的制造误差、光路系统的装调误差，会给系统带来“枕形畸变”、“桶形畸变”和“枕桶形复合畸变”等静态误差；电子传输线路中的残留噪声、模拟电压漂移也会带来系统和随机的动态误差；长时间连续事情条件下，因温度漂移常�；岫韵低吃斐衫刍娜浔湮蟛睢Ｒ虼�，通过振镜校准包管成型精度变得庞大且尤为要害。

振镜系统是基于实际平面坐标数据盘算确定目标位置与振镜偏转指令角度之间的映射关系，因此振镜校准需对实际加工的平面坐标数据进行收罗，收罗的数据用于振镜控制单位的进一步校准盘算，如此重复可使振镜扫描精度满足要求。古板的数据收罗方法是手工对位丈量，或利用3D图像丈量仪离线自动丈量。这种人工或离线丈量方法，一方面会带来更多的主观性丈量误差，另一方面是效率较低。因此有望通过提升振镜校准技术来提高激光选区熔化设备的成型精度。

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振镜校准历程

（3）激光延时参数：在实际SLM加工历程中，振镜电机的转动以及激光器的出光闭光需要一定的响应时间，会比系统控制信号滞后，因此保存一定的延时误差，关于 SLM 零件的成型质量造成一定的影响。成型设备可通过在控制系统中设置激光延时参数以有效赔偿通信延迟所带来的不良影响。激光延时参数主要有开光延时（Laser On Delay）、闭光延时（Laser Off Delay）。

关于精细结构而言，激光延时的影响是不可忽视的。激光延时参数对精细结构的致密度、硬度、力学性能都有明显的作用，且关于小尺寸零件的影响越创造显。

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激光延时参数的作用

（4）实际激光功率包管：激光选区熔化成型设备的最大事情功率将直接影响设备的成型能力，当加工熔点较高的金属粉末时，往往需要提高功率以包管金属粉末的完全熔化，从而包管成形实体的致密性及其力学性能。一定功率的激光束从激光器发射，经过多重光学元器件的吸收或削弱，最终到告竣形外貌的实际激光功率会保存一定水平的衰减。常见激光功率损耗的原因是由于元器件相对位置不正确或密封性问题导致灰尘等进入光路。当功率损耗凌驾一定值后，必须对光路单位的密封性进行检查，对光路单位上各元器件的位置进行校正，直到校正后激光功率实际丈量值抵达理论值的90%四周。

2.铺粉成型系统

激光选区熔化成型设备的铺粉成型系统主要包括铺粉车运动机构、粉料缸、成型缸和伺服螺杆驱动机构等功效单位。在加工历程中，成型缸通过下降指定层厚高度，粉料缸上升一定高度（粉料缸供料方法）或落粉电机转动一定角度使粉末落在铺粉车前（落粉供料方法），铺粉车运动，铺粉车上的柔性铺粉刷将一个层厚的粉末铺在成型缸外貌，期待光学系统进行加工。

在激光选区熔化成型设备中，对铺粉成型系统有以下几方面要求：

（1）铺粉车运动机构：在SLM 成型历程中，粉末铺展的效果要求平整、均匀、紧实，这有利于成型致密、高外貌精度的零件。若SLM 成型历程的铺粉平面高低不平，会导致粉末对激光的吸收不稳定，激光照射在粉床外貌差别位置的功率密度不等，导致成型面也高低不平，最终使得成型件的致密度、外貌精度等下降严重。铺粉运动机构常见问题有：①运行不稳定，铺粉车运动历程颤抖而在铺粉平面形成条纹；②单向驱动的铺粉车在长时间运行工况下容易泛起故障等。因此，成型设备的铺粉车运动机构要求便于调理，并在SLM成型历程中运动包管稳定，且能包管长时间运行的可靠性。

（2）铺粉车运动速度：在SLM成型历程中，适当提高铺粉车运行速度可减少零件成型时间，提高加工效率。但由于铺粉结构主要接纳物理限位的形式控制其运动规模，寺库粉车运动速度不当时，其加速度或减速度导致的位置误差可累积而导致�；�，甚至使零件加工失败。因此，激光选区熔化成型设备的铺粉车运动速度需经过校正与调理，以包管长时间的正常运行。

（3）成型缸与粉料缸的运动精度：作为一种基于层层聚集成形的技术，激光选区熔化成型技术关于成型缸与粉料缸的运动精度具有较高要求，最小层厚甚至抵达20μm。因此必须通过系统校正满足成型缸与粉料缸的运动精度要求，以包管激光选区熔化成型设备的成型能力。

（4）落粉供料准确：关于落粉供料方法的成型设备，粉末从落粉电机到铺粉车上的粉料槽需要一定的时间，因此需控制落粉电机与铺粉车的行动时间，以包管从落粉电机落下的粉末完全被粉料槽接收。另外，需通过测试与校正控制落粉电机的转动量以使落下的粉末能够恰好完全铺满整个成型外貌，粉料过少则容易使成型外貌部分区域无法铺上粉末，粉料过多则使粉料消耗过快。

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广州918博天娱乐增材Dimetal-300多质料激光选区熔化设备（落粉供料方法）

3.气体循环净化系统

在激光选区熔化成型历程中，金属粉末在激光作用受热熔化历程中易与空气中的氧或其他元素爆发反应，形成黑烟或高熔点飞溅物等。一方面，黑烟容易使透光镜片粘上一层黑烟粉末，导致激光透过镜片时功率衰减严重，成型外貌的粉末无法充分熔化而影响成型质量，同时粘上黑烟粉末的镜片由于吸收激光能量而发热，甚至高温爆裂；另一方面，形成的高熔点飞溅物容易飞落在四周成型区域上，后续激光熔化该区域导致夹杂等缺陷，落在非成型区域时同样会加剧粉末受污染水平。同时，由于气流、激光攻击以及铺粉装置的扰动，密封成型室内会爆发大宗烟尘。

因此，气体循环净化系统的性能关于实际加工历程的成型质量控制尤为重要。气体循环净化系统主要包括以下几方面要求：

（1）成型室气体情况的循环过滤净化：从成型外貌吸入的夹带黑烟与飞溅物等的�；て�，通过气体循环净化系统内部的滤芯进行过滤后，重新作为洁净�；て逶诔尚褪夷诩尤肫逖贰�918博天娱乐接纳的双级高精密过滤系统，可实现�；て宓挠行Ч司换�

（2）风口设计：在成型室内，循环�；て逯饕ü捣缈谟胛缈谑购谘獭⒎山ξ锏冉胙肪换低辰泄恕Ｔ谑导始庸だ讨�，吹风口与吸风口之间的成型外貌上方形成的循环风场对零件成型质量爆发较大影响。风口设计不对理容易导致成型室内黑烟、飞溅物等难以进入循环净化系统过滤，从而导致成型质量降低、粉末受污染加剧。因此需凭据实际成型情况，优化设计吹风口与吸风口的结构，以改善成型外貌的循环风场作用，提高成型质量。

（3）光学镜片�；ぷ爸茫�918博天娱乐研发的激光选区熔化设备中，在古板的一路气体循环的基础上新增加第二路气体导入，在光学镜片下导入环形漫衍的新鲜氩气形成�；て宀恪Ｍ耆瓒粢磺蟹勰┤廴诶讨械娜忌瘴镎掣皆诰灯�，包管绝对激光输出精准度和大幅延长光学元件寿命。

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