3D打印認知與實踐3.2典型SLM成形設(shè)備問題導(dǎo)入葉輪是指裝有動葉的輪盤，是汽輪機、壓氣機、水泵等精密設(shè)備的核心零件，傳統(tǒng)加工方法為鍛態(tài)圓柱形毛坯數(shù)控加工，材料利用率較低，單個金屬葉輪的定制加工在價格上生產(chǎn)周期上都是難以接受的。如何采用SLM方法快速獲得一個你設(shè)計的葉輪？問題導(dǎo)入01SLM成形設(shè)備基本構(gòu)成一.典型SLM成形設(shè)備

SLM成形設(shè)備硬件簡圖如圖3-6所示，主要由光路系統(tǒng)、粉末管理系統(tǒng)、氣氛管理系統(tǒng)和氣體凈化系統(tǒng)四部分組成。下面以DMPFlex350設(shè)備為例對SLM設(shè)備結(jié)構(gòu)進行講解。1.SLM系統(tǒng)組成圖3-6SLM成形設(shè)備簡圖一.典型SLM成形設(shè)備1.SLM系統(tǒng)組成（1）SLM典型設(shè)備

世界范圍內(nèi)已經(jīng)有多家成熟的SLM設(shè)備制造商，包括德國EOS公司、SLMSolutions公司，3Dsystem公司；中國公司包括西安鉑力特、華曙高科、鑫金合、漢邦等。上述廠家都開發(fā)出了不同型號的機型，包括不同的零件成形范圍和針對不同領(lǐng)域的定制機型等，以適應(yīng)市場的個性化需求。一.典型SLM成形設(shè)備1.SLM系統(tǒng)組成（2）光路系統(tǒng)

SLM方法主要依靠高能激光束對厚度為10-100μm金屬粉末的快速熔化及凝固實現(xiàn)，因此激光源是SLM設(shè)備最核心也是最昂貴的元器件，也可以說大功率激光源的出現(xiàn)才有了SLM成形技術(shù)，目前SLM成形通常采用200-500W光纖激光器。光路系統(tǒng)主要為SLM成形提供足夠熔化金屬粉末的激光束以及控制激光束沿指定路徑進行X/Y平面快速移動的功能，目標(biāo)是長時間輸出穩(wěn)定具有較小的光斑范圍和較高能量密度的能量源。如圖3-6所示，光路系統(tǒng)一般包括高功率激光器、激光器水冷裝置、擴束鏡、掃描振鏡等系統(tǒng)組成。圖3-6SLM成形設(shè)備簡圖一.典型SLM成形設(shè)備1.SLM系統(tǒng)組成（3）粉末管理系統(tǒng)

粉末管理系統(tǒng)主要負責(zé)粉末材料的儲存和鋪粉工作。如圖3-7，DMPFlex350的粉末管理系統(tǒng)包，1個成形缸、兩個粉缸、刮刀（3-8）及滑軌、以及負責(zé)成形缸和兩個粉缸上下移動的傳動裝置。小型設(shè)備一般用單粉缸送粉，而雙粉缸可以一次容納更多的材料，可以成形更大里的零件，雙粉缸還可以實現(xiàn)雙向送粉，可以加快打印速度，所以適用于大型設(shè)備。大多數(shù)SLM設(shè)備的粉末管理系統(tǒng)是集成在整個設(shè)備中的，DMPFlex350設(shè)備為了滿足未來設(shè)備的7天24小時不間斷工作，設(shè)計了可以與主機分離的粉末管理系統(tǒng)，這樣可以將SLM成形的前處理以及后處理與SLM成形過程分離，充分提高SLM成形設(shè)備使用效率。

圖3-7SLM粉末管理系統(tǒng)一.典型SLM成形設(shè)備1.SLM系統(tǒng)組成（4）氣氛保護系統(tǒng)

激光將金屬粉末熔化過程中極易與氣氛中的其他元素發(fā)生反應(yīng)，最常見的為氧化反應(yīng)，發(fā)生氧化反應(yīng)后SLM成形零件的力學(xué)性能會大幅下降，因此SLM設(shè)備中設(shè)備的密封性、成形腔內(nèi)氧含量都是設(shè)備好壞的重要指標(biāo)。為降低設(shè)備內(nèi)含氧量，設(shè)備在成形前均會反復(fù)抽真空、通氬氣，最終實現(xiàn)成形腔體的高氣壓，低含氧量，一般SLM設(shè)備要求成形過程中含氧量控制在100ppm以下，而DMPFlex350設(shè)備要求氣壓達到150mbar，氧含量降低到20ppm以下設(shè)備才能進行打印。

一般材料可以采用氮氣保護，而像鈦合金這樣比較活潑的金屬只能采用氬氣作為保護氣體。氣氛保護系統(tǒng)主要包括：設(shè)備的密閉型腔、真空泵（圖3-9）、保護氣體，氣體檢測裝置、控制閥等。一.典型SLM成形設(shè)備1.SLM系統(tǒng)組成（5）凈化系統(tǒng)

在slm成形過程中，金屬蒸氣會逐漸冷凝成黑色煙塵，夾帶的粉末煙塵會部分聚集在粉床表面，降低成形零件質(zhì)量；煙塵也會影響激光束的折射和吸收，導(dǎo)致到達粉床表面的激光功率降低以及光束形狀失真。因此，SLM成形設(shè)備需要設(shè)計合理的風(fēng)場，即不能對金屬粉末產(chǎn)生影響，又可以將所有黑色煙塵導(dǎo)入過濾裝置。因此，凈化系統(tǒng)包括風(fēng)扇、分口、過濾系統(tǒng)等，如圖5所示。02典型SLM成形設(shè)備一.典型SLM成形設(shè)備

3Dsystem公司的DMPFlex350設(shè)備成形如圖3-5所示，是一款高性能金屬增材制造系統(tǒng)，是一款全天候（7天/24小時）使用的工業(yè)級金屬激光選區(qū)熔化3D打印設(shè)備，具備高吞吐量與高度可重復(fù)性，能制造難度較高的合金材料也能生產(chǎn)高品質(zhì)的致密部件。DMPFlex350成形金屬零件致密度可以達到近乎100%，可以打印不銹鋼、鉆鉻合金、鈷鉻鉬合金、馬氏體鋼、鈦合金、純鈦、超級合金和鋁合金等材料，設(shè)備主要參數(shù)如表3-1所示。1.3Dsystem公司Flex350一.典型SLM成形設(shè)備系統(tǒng)規(guī)格參數(shù)激光功率500W光斑直徑65μm最大成形體積275x275x420mm表面粗糙度垂直方向（Z）5~10μm重復(fù)精度x=20μm,y=20μm,z=20μm典型精度±0.1-0.2%層厚10-100μm默認設(shè)置：30和60μm氧含量20ppm鋪粉厚度10~100μm最大掃描速度7m/s最大成形效率35cm3/h送粉方式雙粉倉供粉刮刀類型軟刮刀（硅膠條）一.典型SLM成形設(shè)備

DMPFlex350獨特的真空室概念使得氬氣消耗量大大降低，同時顯示出最佳的氧氣純度(<25ppm)。其結(jié)果是所生成部件的化學(xué)純度異常高。封閉式的真空室設(shè)計不僅可以最大限度地提高粉末的重復(fù)使用率，而且還可以防止氬氣氣泡滲透到部件中。當(dāng)使用該技術(shù)生產(chǎn)的部件經(jīng)過熱等靜壓后，其質(zhì)量可與鍛造部件相媲美。對于需要定期承受高壓力的航空航天部件而言，這樣的結(jié)果是必不可少的。”利用DMPFlex350金屬3D打印機上的高重復(fù)性生產(chǎn)的具有優(yōu)化流體流量的液壓歧管。一.典型SLM成形設(shè)備

DMPFlex350配備的3DXpert軟件是一款行業(yè)最強大的增材制造技術(shù)專用軟件。

3DXpert軟件是一款增材制造(AM)技術(shù)準(zhǔn)備、優(yōu)化并制造3DCAD模型的一體化集成式軟件。從增材制造設(shè)計到后處理工作流程的每一步，3DXpert都能提供支持，實現(xiàn)打印數(shù)據(jù)的快速地準(zhǔn)備和優(yōu)化部件，還實現(xiàn)了流程簡化，從而快速有效地將3D模型轉(zhuǎn)化為成功打印的零部件，啟用金屬增材制造的快速設(shè)計以縮短生產(chǎn)時間和提高部件精度，最大程度地縮短優(yōu)質(zhì)打印部件的交付時間。一.典型SLM成形設(shè)備2.“鉑”之重器——鉑力特推出十激光器BLT-S800金屬3D打印機

BLT-S800是鉑力特重磅發(fā)布的新產(chǎn)品，該打印機配備十激光器，應(yīng)用領(lǐng)域包括航空、航天、發(fā)動機、醫(yī)療、汽車、電子、模具、科研院所，材料支持鈦合金、鋁合金、高溫合金、不銹鋼、高強鋼、模具鋼，成形尺寸為800X800X600mm。具有大尺寸成形能力、多激光拼接和不間斷粉末供應(yīng)能力。多激光拼接即是采用“多點定位法”獲取當(dāng)前的激光位置信息，完成單振鏡校正和多振鏡拼接，一鍵式將各振鏡旋轉(zhuǎn)偏移值寫入數(shù)據(jù)配置文件，完成校正工作。/s/pxCdP3tzYgsbCExoso_XDw一.典型SLM成形設(shè)備/s/pxCdP3tzYgsbCExoso_XDw（1）主要亮點A可提供6/8/10三種激光器配置方案B大尺寸成形能力，800*800*600mmC

多激光拼接校正D

不間斷粉末供應(yīng)E設(shè)備配備永久過濾系統(tǒng)，濾芯壽命長達10萬小時以上一.典型SLM成形設(shè)備

鉑力特展示了一尺寸為800mmX800mmX400mm的鈦合金發(fā)動機集成件。該部件結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，打印時間175小時，零件和基板的重量達567kg，其中零件為27kg。

該產(chǎn)品充分體現(xiàn)了增材制造產(chǎn)品的創(chuàng)新性設(shè)計理念及BLT大尺寸復(fù)雜多特征部件的加工工藝能力，展現(xiàn)了金屬3D打印在航空航天領(lǐng)域的集成化、輕量化創(chuàng)新性設(shè)計及工程應(yīng)用方面的突出優(yōu)勢。一.典型SLM成形設(shè)備3.湖南華曙高科技有限責(zé)任公司FS721M

湖南華曙高科技有限責(zé)任公司創(chuàng)建于2009年，是工業(yè)級3D打印技術(shù)的領(lǐng)航企業(yè)。開源系統(tǒng)、質(zhì)量可追溯。華曙高科的所有設(shè)備均采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全套3D打印操作系統(tǒng)。成形全過程質(zhì)量可追，同時用戶可自主調(diào)節(jié)成形參數(shù)，靈活選擇高性能材料或第三方材料，以達到更佳的打印效果。高效安全、低使用成本。FS721M配備性氣體保護下的高效粉末處理系統(tǒng)和循環(huán)過濾系統(tǒng)，在提高粉末利用率和生產(chǎn)安全性的同時有效降低使用八激光超高效率。FS721M擁有720*420*420mm成型缸尺寸，可配置八激光、八振鏡并行，相對于雙激光和四激光，打印效率和產(chǎn)能均得到顯著提升。同時，通過智能切片算法及優(yōu)異的風(fēng)場設(shè)計，多激光協(xié)同掃描，確保成型質(zhì)量。FS721M/s/D806en1uLDYMAKx8zB-Pmw一.典型SLM成形設(shè)備

EOSM400配備了四臺400W的激光器，可打印大型零件，也可同時制造4個部件，比單激光系統(tǒng)生產(chǎn)效率提升四倍。

?四臺400瓦精密光纖激光器分別在250mmx250mm的方形區(qū)域內(nèi)運行，各區(qū)域之間有50mm的重疊區(qū)域。

?優(yōu)異的光束和功率穩(wěn)定性可確保打印出品質(zhì)卓越的零部件。

?EOSM290中執(zhí)行的所有工藝均可在EOSM400-4中實施，而且零部件性能相當(dāng)。

?專利技術(shù)可確保加工過程中的氣體控制始終如一，形成理想的成型條件。

?適合多種金屬材料：可加工從輕金屬到不銹鋼和模具鋼再到高溫合金等的各種材料。

?工作流程和運行高度自動化，易于操作。

?具備豐富的監(jiān)測功能，可確保工藝的高度穩(wěn)定性和優(yōu)異的零部件質(zhì)量。

?直觀的用戶界面、靈活的軟件工具和各種配套設(shè)備可完全滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。（4）EOSM400拓展部分

由于單光束SLM成形設(shè)備的適用范圍較小，生產(chǎn)效率還較低，不能滿足較大尺寸復(fù)雜構(gòu)件的整體制造，但從航空、航天需求來看，對較大尺寸復(fù)雜構(gòu)件的需求仍比較迫切，因此未來SLM設(shè)備將會向多光束，大成形尺寸、高制造效率方向發(fā)展，SLM除在鈦合金、高溫合金材料上應(yīng)用外，還將向高熔點合金(如鎢合金、錸銥合金等)以及陶瓷材料方向應(yīng)用延伸，那么，目前的slm方法主要成形一種