雷尼绍施慧：多激光金属3D打印的创新

2019年9月19-21日，IAME中国（西安）国际3D打印博览会暨高峰论坛将在西安高新国际会议中心举办。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打印）科技创新的开放合作共享交流平台，汇聚全球顶尖的增材制造（3D打印）领域成果及人才，促进行业各环节、产业链的衔接融合。南极熊作为战略合作媒体，到西安现场全程报道。

2019年9月 20 日“增材制造工艺与装备论坛”，雷尼绍上海贸易有限公司增材制造事业部业务拓展经理施慧做了主题是《多激光加工的创新》的报告。

下面是现场速记：

很荣幸有机会在这里和大家介绍我们在多激光加工领域取得的进展。我叫施慧，目前负责雷尼绍在整个中国的增材制造业务，接下来我花20分钟的时间讲一下我们最新的研究成果。

雷尼绍在2017年底就推出了我们第一款四激光加工设备叫做RenAM500Q，这是一台为了提高它的加工效率而去设计的一款设备，我们都知道目前增材制造走向产业化，其中有一个很大的瓶颈就是加工效率低下，这样的前提下我们开发了500Q的设备，我们可以看到中间加工的视频，和我们目前接触过的多激光设备有一个很大的区别，它真正的四激光协同加工，即使你是加工一个零件，也是四个激光起，这个在粉床任何一个角落都是用四激光一起加工的。我们和分区多激光扫描是不同的，这个可以实实在在的提高效率。传统的多激光设备很少会放在单一区加工，单一区更多时候会带来很多的问题。

500Q是由4个500W的激光器组成，在这个基础上会跟大家简单介绍一下目前全新的监控系统，这是目前市面上实时的监控系统，而不是通过采集数据在后面进行分析。我们四激光的设备，多激光的创新，最大的创新来源于我们这样一套光学底座，这个光学底座是由增材制造设计，使用增材制造的技术生产出来的，充分体现了增材制造技术的优势，把四套技术集合在一个模块上，里面有随层冷却，避免了多个激光器相互的影响，如果发热导致整个框架热胀冷缩发生变形，相互之间的配合就会出问题。采用了这样一个随形冷却的设计以后，把模块的温度恒定在固定的区间。这个模块安装在粉床的正中央，确保了每一束光可以打到粉床上的一个角落，激光增材制造的普遍现象，越是往边缘打越会差，越是在中间的时候越会好，我们通过这样的设计，把四套扫描光缆约束在高效的区域之间进行配合，从而确保整个的加工质量。

虽然是四激光系统，但是保护镜只有一个，从一个光里面出来。这样的设计类似于像一个单激光，跟市面上多激光设备是不一样的，他们如果有四激光就有四个窗口，而我们是一个窗口。我们的用户可以基于激光器的四个编号，可以有几个功能，比如选定一个激光器加工一个零件，也可以选定几个激光器加工一个零件，也可以指定一个激光器专门扫外表皮，这样在加工的过程中，在工艺的选择上会有更多的选项提到用户这里。把四个激光集成在一个出口的，整个工作设计就比较小巧，这里面提供了很多小孔，下压式的气流，改善了整个工作仓气流的分布。多个激光同时在一个零件上的时候，多激光和单激光比肯定是有差异的，大家都认为多激光不如一个激光去加工的，所以在很多时候，很多是指定一个激光来加工一个零件来进行工作。我跟大家分享一个数据，这是我们做的每一个颜色代表了一个激光器，四个激光器加工了16个试棒，分布在粉床对应的角落。这是它的力学性能，我们可以理解，在这个情况下，只要你的设备调校好了，打印的效果基本上是一致的。这张图是每个试棒上面有各种各样的颜色，不同的颜色对应的不同激光器，每一根棒是由四个激光同时加工完成的，如果激光器之间相互配合出现了问题，力学就会相应的出现问题。结果也表明，即使在四个激光器同时打印一个零件的时候，和一个激光器打印一个零件是没有差异的。我相信可以排除很多用户关于多激光协同打印一个零件时候的顾虑。同时我们用户还做了一个测试，用四个激光器打印了一个大型的方块，并且一个个切好，试验的结果和单激光打印是一致的。

为什么要做四激光的设备？就是为了提高产量。前面友商也介绍了多激光在产能提升上的不同点，对于500Q来说也是同样的，相当于传统的单激光设备产能差异是多少呢？差不多3.5倍的加工效益。在新设备上面我们采用了很多不同的技术。比如目前整个500Q采用的是动态聚焦的方式，既然我们要提升产能，我们要打造的是一个适合于工业生产的3D打印，而不是用来做研发的3D打印机，在这个过程中我们也开发了一系列的监控系统，最新推出的监控系统是真正的实时的监控系统，在扫描过程中会实时采集信号，通过采用，当激光发出去的时候，有一部分光穿过了这个接收器，能够实时监测激光输出的稳定，如果激光输出发生波动，马上就能够接收到。

当我们采集到这样的信号之后，我们就可以通过一个软件进行分析，可以从2D和3D不同的角度来判断熔池信号的异常点，用户就可以很清楚的理解，我们在打印的过程中发生了哪些问题，主要为了解决什么问题？针对目前行业的现状，很多时候都是做全检，航空航天的领域也许能够接受这样一个检查的方式，如果你要把它转到民用领域，这样的效率和成本就更加约束了增材制造在这些领域的使用。我们提供了这个工具，它的目的是可以在软件里面完成，没有异常的就可以判定为合格的。可以和以前的成形数据比较，每一层都和以前逐层逐层的对应。

检查熔池的变化，可以通过熔池的变化来看到光学窗口的洁净度。当我们打印一个零件的时候，可能在某一个区域发生了一个现象，导致它的能量发生了异常，当你打下一层的时候，如果还是在同样的区域发生了异常，这是一个有规律的，可能是固定的，是从窗口上面也许就有一些粘附在上面。如果是随机的没有规律的，就是另外一个问题。我们可以通过这样的分析软件，可以判断出来在成形过程中发生了什么样的问题，应该是什么样的原因，在下一次打印的时候可以规避。同时在打印的过程中如果发生异常，根据用户的设定，软件可以发送提醒的信息给到操作人员，是否需要中断这个打印，就可以进行对应的操作。而现在没有办法很智能，发现异常自动处理掉，现在还没有本事做到这样一个程度。

结合这些功能，我们就有了一个改进的机会，我们了解了成形的过程中发生了一些什么样的问题，其次记录下来，之后通过分析，找到原因给出对应的解决方案，再反馈回去的时候，可以在设计端，在扫描策略方面，可以有针对性的规避这些问题。同时第二个改进的机会，把原来的无差别的全检模式，改变为现在只需要对异常的区域进行扫描和检测，降低了用户后期可能面对的检测成本，缩短了它的时间。在未来我们正在开发的功能是什么呢？因为我们知道了熔池对应的信号，现在我们正在开发的是要把它变成一个实时的全闭环的控制，既然检测到了这个信号，就要马上对这个工艺参数做出自动化的修正，马上可以调整下一步的激光输出功率，这是我们目前在做的，现阶段我们的设备还没有达到这样一个高度。未来的一到两年之内，基本上这一代的产品就会出现。

多激光的系统面临的更多是产生更多的烟尘，你就要有更强的气流系统。前面有老师讲到，气流对于金属增材制造来说是非常重要的环节，决定了成形的指标。目前相对于可以看到传统的大部分设备是水平吹扫的方式，或者从左到右，或者从后到前的方式，像我们全新的设计是加了一个下压式的气流，从而确保烟尘不会跑到保护镜上面，下压的再加上水平方向的气流，可以确保有效的把整个工作区域产生的污染物全部带走。这样带来的效果是什么呢？比以往可以提高更好的力学性能，可以得到更好的致密度。比如说在钛合金打印方面，在500Q方面可以打印出来超过致密度的99.99%。从它的拉伸看断裂面，把杯锥状方面基本看不到缺陷，CT扫描也基本上没有可见的孔隙，这比传统的气流设计有了很大的提升。

这是钛合金的拉伸性能的比较，我们针对于传统的锻造以及常用的增材制造设备，以及我们500Q进行了比较，可以看到在目前的500Q得到的拉伸性能要比常规的设备相对来说更好一些。这是它的疲劳表现，在同样的疲劳寿命次数下，目前500Q打印的试棒承受的力要比其他的产品更高一些，相对来说我们做出来它的缺陷是显著减少的，同时提供了一个额外的寿命。

接下来简单跟大家分享一下正在用我们500Q的客户，我们从2017年底到目前全球也陆陆续续销售了几十台的设备，比如法国赛风空客飞机上的液压气管，这是西安压的一个客户，主要是做发动机上的部件。这是我们在美国的一个客户，主要是在能源和天然气领域做一些井下钻井部件。这是瑞典桑德维肯，他们刚刚发布了一个铣刀的刀盘，就是用我们500Q进行的批量化的生产。这是美国的客户，主要是做医疗方面的一些植入物。雷尼绍我们原来也不是做增材制造，是从减材制造里面过来的，是跨界过来做增材制造的客户。为什么我们要做增材制造呢？因为我们有非常丰富的减材经验，增减材是离不开的，在这个过程中，打印完毛坯件以后要做精加工和检测，会面临一系列的问题，你怎么定位加工，怎么样去检测这些拓扑优化复杂的结构。今天我们可以提供非常完整的解决方案，不单单是基于增材，而是基于增材制造的这种制造技术。

我这边的介绍就到这里，谢谢大家！