激光选区熔化装备成型能力包管

一、激光选区熔化成型装备简介

激光选区熔化手艺(Selective laser melting，SLM)是现代金属增材制造手艺的典范代表，也是未来增材加工制造生长的主要偏向之一。激光选区熔化手艺由于其成型精度优良、成型零件致密度高、可直接成型重大形状、可成型质料普遍等已被普遍应用于航空航天、科研教育、医疗、工业模具、汽车等领域。该手艺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举行运动，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重大三维结构的加工。

凯时官网登录入口是一家专业从事金属3D打印装备研发、制造、销售以及提供3D打印服务的高新手艺企业，公司团队传承华南理工大学十余年金属3D打印装备、质料工艺研发履历，现在已经推出“高精度、多质料、大尺寸、高效率”系列化的激光选区熔化成型装备，在装备稳固性、装备成型能力包管方面具有多年累积的履历。

通常，激光选区熔化成型装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。成型装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、耐侵蚀性能等），从而影响产品的应用。同时，成型装备的稳固性及其事情一连性是企业大规模生产的主要包管。在企业应用历程中，装备问题而导致成型零件的失败往往是难以填补的，这不但造成了质料、人工等资源的直接铺张，还可能导致加工效率的降低、客户的流失等，严重阻碍手艺推广应用及工业化。因此，关于推广手艺、产品应用，激光选区熔化成型装备的成型能力包管显得尤为要害。

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广州凯时官网登录入口增材Dimetal-100激光选区熔化成型装备组成

二、装备要害组成部分的作用及其要求

1、光学系统

作为激光选区熔化装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由柔性光纤传输后，通过扩束镜以扩展激光束直径，以镌汰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、聚焦光斑准确的激光束。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，以设定速率与预定路径举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装备中，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，当成型装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细腻度降低，极限成型尺寸增大。因此，成型装备的焦点准确聚焦于成型外貌是装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举行指令角度的偏转，实现激光束在成型外貌指定位置举行准确扫描。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；长时间一连事情条件下，因温度漂移常�；岫韵低吃斐衫刍娜浔湮蟛�。因此，通过振镜校准包管成型精度变得重大且尤为要害。

振镜系统是基于现实平面坐标数据盘算确定目的位置与振镜偏转指令角度之间的映射关系，因此振镜校准需对现实加工的平面坐标数据举行收罗，收罗的数据用于振镜控制单位的进一步校准盘算，云云重复可使振镜扫描精度知足要求。古板的数据收罗方法是手工对位丈量，或使用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手艺来提高激光选区熔化装备的成型精度。

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振镜校准历程

（3）激光延时参数：在现实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。成型装备可通过在控制系统中设置激光延时参数以有用赔偿通讯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）。

关于细腻结构而言，激光延时的影响是不可忽视的。激光延时参数对细腻结构的致密度、硬度、力学性能都有显着的作用，且关于小尺寸零件的影响越发显着。

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激光延时参数的作用

（4）现实激光功率包管：激光选区熔化成型装备的最大事情功率将直接影响装备的成型能力，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，经由多重光学元器件的吸收或削弱，最终到告竣形外貌的现实激光功率会保存一定水平的衰减。常见激光功率消耗的缘故原由是由于元器件相对位置不准确或密封性问题导致灰尘等进入光路。当功率消耗凌驾一定值后，必需对光路单位的密封性举行检查，对光路单位上各元器件的位置举行校正，直到校正后激光功率现实丈量值抵达理论值的90%周围。

2.铺粉成型系统

激光选区熔化成型装备的铺粉成型系统主要包括铺粉车运念头构、粉料缸、成型缸和伺服螺杆驱念头构等功效单位。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，期待光学系统举行加工。

在激光选区熔化成型装备中，对铺粉成型系统有以下几方面要求：

（1）铺粉车运念头构：在SLM 成型历程中，粉末铺展的效果要求平整、匀称、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固，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。铺粉运念头构常见问题有：①运行不稳固，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，成型装备的铺粉车运念头构要求便于调理，并在SLM成型历程中运动包管稳固，且能包管长时间运行的可靠性。

（2）铺粉车运动速率：在SLM成型历程中，适当提高铺粉车运行速率可镌汰零件成型时间，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，寺库粉车运动速率不当时，其加速率或减速率导致的位置误差可累积而导致�；�，甚至使零件加工失败。因此，激光选区熔化成型装备的铺粉车运动速率需经由校正与调理，以包管长时间的正常运行。

（3）成型缸与粉料缸的运动精度：作为一种基于层层群集成形的手艺，激光选区熔化成型手艺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。因此必需通过系统校正知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装备的成型能力。

（4）落粉供料准确：关于落粉供料方法的成型装备，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吸收。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恰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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广州凯时官网登录入口增材Dimetal-300多质料激光选区熔化装备（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周围成型区域上，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现实加工历程的成型质量控制尤为主要。气体循环净化系统主要包括以下几方面要求：

（1）成型室气体情形的循环过滤净化：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举行过滤后，重新作为清洁�；て逶诔尚褪夷诩尤肫逖�。凯时官网登录入口接纳的双级高细密过滤系统，可实现�；て宓挠杏霉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低尘傩泄�。在现实加工历程中，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。因此需凭证现实成型情形，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�凯时官网登录入口研发的激光选区熔化装备中，在古板的一起气体循环的基础上新增添第二路气体导入，在光学镜片下导入环形漫衍的新鲜氩气形成�；て宀�。完全阻遏一切粉末熔融历程中的燃烧物粘附在镜片上，包管绝对激光输出精准度和大幅延伸光学元件寿命。

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