Solukon自动除粉解决方案，解决中型 LPBF 复杂构件后处理难题

多年来，金属激光粉末床熔合 (LPBF) 的工业化一直受到“除粉瓶颈”的困扰。即使机器经过优化可以打印得更快、产量更高，手动除粉的需求仍然是真正进步的障碍，这不仅增加了打印部件的交付周期，还需要更多的技术技能和劳动力。幸运的是，这一趋势正在转变：德国Solukon等公司开发的自动除粉解决方案使零件制造商能够通过除粉等早期后处理步骤达到增材制造的生产率。自 2015 年推出首个工业自动除粉系统以来，Solukon 近十年来一直在自动后处理领域处于领先地位。这些自动化解决方案也在建立金属零件生产的自动化端到端工作流程方面发挥着作用。

Solukon 的最新系统 SFM-AT350/-E是一款精密的解决方案，专门用于处理重达 100 公斤（包括构建板）的复杂中型部件。通常，在考虑最艰巨的除粉挑战时，人们会想象一个巨大而复杂的部件，例如热交换器或火箭推进系统，它们具有许多内部通道。毋庸置疑，高达一米、重达数百公斤的大型零件很难除粉，然而更为常见的中型部件也有其自身的复杂性。正如 Solukon 所说：“即使对于中型部件，我们也看到复杂性不断增加，对清洁质量和过程透明度的要求也不断提高。”

中型零件的复杂程度不断提高

最初，自动除粉解决方案主要关注的是职业健康和安全。使用基本解决方案可以轻松实现更高水平的安全性。随着具有复杂几何形状的 3D 打印中型金属部件的日益普及，除了安全方面，自动除粉已成为实现和保持制造技术经济可行性的重要组成部分。同时，当传统制造工艺无法满足要求时，例如在生产需要整合的结构和具有复杂内部冷却通道的组件时，增材制造技术是最有意义的。这意味着要充分利用该技术，既需要设计优化的几何形状，又需要能够有效地从中去除粉末。

正如 Solukon 首席执行官兼首席技术官 Andreas Hartmann 所说：“如果您使用 LPBF 打印的部件易于除粉，那么您就没有充分发挥激光粉末床熔融技术的潜力。换句话说，部件越复杂，除粉过程就越复杂。我们看到 3D 打印部件的复杂性不断增加，毫无疑问，对于中型部件领域，需要具有新的可编程化的复杂除粉解决方案。”

制定除粉新标准

这就是 Solukon 的SFM-AT350/-E 系统的作用所在。目前，这是中型 LBPF 领域最畅销的除粉系统，该紧凑型工业系统不仅高度自动化（因此无需每一步都进行人工操作），而且与敲击和刷洗等手动方法相比，它在实际去除中型金属打印件上的粉末方面更为有效。

该机器的粉末去除能力归功于硬件和软件功能的结合。在硬件方面，该系统基于 Solukon 的智能粉末回收技术，该技术集成了在完全受保护的环境中扩展部件运动（水平轴旋转 250 度，构建板无限旋转）。在系统内部，打印部件和构建板固定在完全可旋转的转盘上，可以对转盘进行编程以实现特定的运动和旋转。这种连续运动通过有针对性的振动得到加强。

关于这一点，该公司指出，其除粉解决方案有两种激励选项：标准 SFM-AT350 配备气动激励和可选的敲击系统，而 2023 年 10 月发布的SFM-AT350-E 配备压电（超声波）冲击。后者能够通过高频和自调节振动非常温和地清洁打印部件。这些自动化功能与手套口相得益彰，可使用压缩空气或惰性气体进行手动精加工。在整个过程中，所有粉末都回收到系统底部的密封容器中，方便重复使用或回收。

Solukon 的两种除粉解决方案之前都能够处理重达 60 公斤的部件。为了使该技术能够应用于更广泛的中型部件尺寸，该公司最近升级了其系统，使其腔体容量更大。截至本月，SFM-AT350/-E 可以对尺寸最大为 400 x 400 x 400 毫米（或 500 x 280 x 400 毫米）且重量最大为 100 公斤的部件进行除粉。

智能除粉

与任何增材制造或后处理技术一样，硬件只是其中的一部分：软件也发挥着同样重要的作用。Solukon的 SPR-Pathfinder 软件可将一台可以以多种方式移动的机器转变为一台可以以特定方式移动的机器，以从特定的增材几何形状中去除粉末。

该公司表示：“当复杂程度超过一定程度时，肉眼无法看到部件必须如何移动才能使粉末完全排出。”即使是 CAD 文件（它提供了有关零件内部结构的更多信息），也无法揭示明显的除粉运动模式。该软件通过计算 SFM-AT350/-E 中特定零件几何形状的优化运动路径来填补这一空白。此路径生成基于零件数字孪生的流动模拟。这种创新方法标志着数字孪生技术首次用于商业后处理。

从用户的角度来看，该软件可以大大减少除粉时间和人工。SPR-Pathfinder 被称为“即发即弃”解决方案，它只需要用户上传打印部件的 CAD 文件。然后，软件会自动计算硬件的运动模式，以实现最佳的除粉效果。值得注意的是，在多个部件连接到构建板上的情况下，该软件可以计算整个构建的运动序列。

Solukon 的SPR-Pathfinder 软件不仅与我们一直关注的 SFM-AT350/-E 解决方案兼容，还可以与该公司的 SFM AT800-S 和 SFM-AT1000-S 配对，以实现更大的构建。

可测量的后处理之路

借助 Solukon 的SFM-AT350/-E 系统，通过自动除粉解决中型 LPBF 的复杂性。Solukon 的自动化除粉解决方案在公司更广泛的使命中发挥着关键作用，即为激光粉末床熔合提供可测量、透明的后处理。正如该公司所说：“打印下游的流程必须透明流动，以便让用户清楚地了解其增材生产线的效率。” 该公司的数字工厂工具 (DFT) 也是这一目标的核心，它由用于过程监控、除粉自动化和数字集成的传感器和接口套件组成。

具体来说，DFT 解决方案记录整个除粉过程中的过程数据（例如残余氧含量、湿度、腔体压力、功耗、冲击频率等），并将数据合成到协议文件中。用户还可以为相关数据设置关键限值，以便清晰显示任何偏差并随时进行分析。监控工具还可以测量介质消耗，并输出除粉过程的碳足迹，这些功能有助于验证未来的标准和法规。

所有过程监控数据最终都可以通过 OPC UA 进行编译，并集成到控制中心的数字仪表板中。这意味着 Solukon 系统也可以从中央控制中心进行监控，也可以进行远程控制，轻松融入自动化生产线。

Solukon 的 DFT 解决方案是一项可选功能，可与其除粉解决方案集成。据该公司称，目前约有 85% 的 SFM-AT350 客户使用 DFT，并报告了积极成果。

Hartmann 总结道：“工业领域已经从‘为什么有这个问题’发展到‘如何解决’。换言之，我们的客户和其他相关方已经认识到，为了实现高质量的增材制造，他们不可避免地需要自动除粉。他们现在正在仔细研究我们技术的个别优势和具体应用，而不是问他们为什么需要除粉。我们一直是这一重要发展的主要推动者，整个行业都将从中受益。”

最终，自动化和过程监控的除粉解决方案（例如 Solukon 的 SFM-AT350/-E）可确保打印部件无粉且可进行下游后处理，并为金属部件生产创造更高的端到端透明度。