55倍速?金属“多层并行打印技术”的原理与存在的问题

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当前以SLM为代表的金属打印技术面临的一个重要问题是打印速度太慢,而慢的主要原因来自于刮板漫长的铺送粉和打印过程。针对于该问题,一些设备商对打印机进行了改良,即实现了双向送粉及多激光同时打印,此举将金属打印的速度提升了一定规模。

这似乎已经到达了改良的极限,然而由Aurora Labs研发的多层并行打印技术(由于传统多激光器打印机可实现激光同时打印因此称其为多点同时熔化并不准确)将金属打印的速度实现了一次新的飞跃,并达到传统SLM打印速度的8倍。接下来,请跟随笔者从动画和实际打印过程的角度揭示这项技术的神奇与潜在不足之处。

多层并行打印技术动画演示

多层并行打印技术的特点

这项被称为RMT的技术由澳大利亚金属打印机制造商Aurora Labs研发,其打印速度可以实现每天1.96kg钛合金成型,号称能以市场55倍的速度提供零件,其依赖的关键便是多层并行打印,即刮板一次往复便实现多层铺粉和成型。(今年2月份该公司称其在测试中已实现113公斤/天 的打印速度。今天,该公司最新的测试数据已经到达350kg /天,材料不详)

过程立体演示

送料结构俯视图

从刮板结构我们可以看到,它区别于传统的SLM刮板,整个刮板几乎可以覆盖整个成型缸,因此可以称为送料机构。上面分布多个料槽,期间有多条空隙,该空隙即激光打印区域。在工作过程中,设备采用上供粉的方式分别给每个料槽提供足量的粉末,在送料机构运动过程中,激光同时进行零件相应截面相应位置的打印。

供粉、铺粉与打印过程并行

该技术的神奇之处还在于零件不同位置可实现不同高度的同时打印(即多层并行),先行铺粉的位置首先开始打印,后面的料槽在新打印完的位置铺粉后可继续进行下一层打印;同时前面的料槽在前行方向上相应位置铺粉后也开始打印,即不同位置,打印高度不同。

不同位置打印的高度不同,也可清晰看出料槽深度的逐渐变化

多层并行打印的问题

通过对打印过程的分析我们可以知道其料槽的深度应该是进行了不同设计,使每个料槽恰好能够实现对已打印部分的单独铺粉。但同时笔者也发现了一个问题,即如何实现打印平面即焦平面。在一个循环周期内成型缸Z轴保持不动的情况下,这种打印方式势必造成不同位置因为高度不同导致激光焦点位置的改变。笔者猜测该技术的光学设置是在一个循环周期内覆盖了正负离焦的状态。

实际打印过程

配合实际的打印过程可以更好地理解其技术原理,笔者从中看到了4个料槽,即一个周期它可以打印4层。除了送料机构的回程时间外,激光几乎一直处于扫描状态,这确实比传统的SLM要快很多。除此之外,实际送料机构的运动速度需要满足激光在间隙位置有足够的时间完成熔化;至于多点同时熔化,极有可能是设置了多台激光器。

使用RMT技术创建的发动机尾喷管

使用RMT技术创建的不锈钢菱形球表面

另一方面,速度快意味着其他方面要做出一些牺牲,上面提到的激光焦平面问题导致的性能问题存疑;另一个就是其表面质量,至少目前看起来是存在不足的。

END

Aurora Labs已于今年夏天通过完成构造并开始进行实时Beta测试,其成型尺寸为φ450 mm x 400 mm,每小时可打印30公斤材料(未知粉末)。目前正在进行一系列的机器校准、打印调试和测试。不过笔者认为该技术尚属于小众范围,并不会引起业内同类竞争现象。

注:文中若有不正确之处还请指出,联系方式见下方。

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