發(fā)揮多激光生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)啟增材制造無(wú)限可能
2019-4-25 來(lái)源：雷尼紹 作者：-
就創(chuàng)造性而論，當(dāng)然是“人多智廣”；但是對(duì)于金屬增材制造而言，四激光系統(tǒng)是否比單激光系統(tǒng)更勝一籌呢？事實(shí)勝于雄辯！雷尼紹增材制造產(chǎn)品部市場(chǎng)經(jīng)理Robin Weston先生，在本文中解釋了為什么全新RenAM 500Q四激光系統(tǒng)可大幅提高工作臺(tái)的生產(chǎn)效率。
使用不同數(shù)量的激光系統(tǒng)在一周內(nèi)生產(chǎn)的RenAM 500Q用振鏡底座。
RenAM 500Q的制程速度是單激光系統(tǒng)的4倍，有助于將金屬增材制造技術(shù)引入新行業(yè)，為之前缺乏經(jīng)濟(jì)效益的應(yīng)用增添使用動(dòng)力。
增材制造驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)
RenAM 500Q的主要驅(qū)動(dòng)力 — 內(nèi)置創(chuàng)新型光學(xué)系統(tǒng)是雷尼紹各部門(mén)（控制部、軟件部和機(jī)械工程部）齊心協(xié)力為RenAM 500Q設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組件。
摻鐿光纖激光束進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)后，由通過(guò)精密振鏡底座驅(qū)動(dòng)的四對(duì)掃描振鏡引導(dǎo)，掃描振鏡旋轉(zhuǎn)，引導(dǎo)激光束覆蓋在加工托盤(pán)的粉末上。光學(xué)系統(tǒng)也會(huì)動(dòng)態(tài)聚焦激光，不斷調(diào)整焦距，確保光束角度在平坦的工作區(qū)域內(nèi)發(fā)生變化時(shí)光斑尺寸保持不變。要在粉末床上實(shí)現(xiàn)高精度加工，需借助專(zhuān)業(yè)的光學(xué)和控制工程技術(shù)；而這些技術(shù)經(jīng)過(guò)雷尼紹多年來(lái)在REVO®（用于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)）等產(chǎn)品上不斷研發(fā)改進(jìn)，已經(jīng)非常成熟。
雷尼紹利用自有增材制造 (AM) 技術(shù)生產(chǎn)出RenAM 500Q的光學(xué)系統(tǒng)。采用該技術(shù)一方面可使掃描振鏡的封裝更加嚴(yán)密，另一方面還可以設(shè)計(jì)出內(nèi)部隨形冷卻水道，確保光學(xué)系統(tǒng)具有精確的熱穩(wěn)定性。雷尼紹在制程中利用增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了上述創(chuàng)新，因此RenAM 500Q的加工效率大幅提升，解決了目前占市場(chǎng)主流的中型增材制造設(shè)備所面臨的瓶頸問(wèn)題。
光學(xué)系統(tǒng)從構(gòu)思到成品，離不開(kāi)組合制造技術(shù)的使用；具體方法是將損耗性加工托盤(pán)作為成品部件的組成部分，這樣不僅可以減少耗材量，還可以減少?gòu)耐斜P(pán)上移除零件所需的加工步驟。位于斯塔福德郡的雷尼紹增材制造解決方案中心針對(duì)批量生產(chǎn)，對(duì)零件、增材制造支撐結(jié)構(gòu)及制造設(shè)計(jì)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。
釋放生產(chǎn)力
新型四激光系統(tǒng)在不增大工作臺(tái)尺寸的情況下，可將生產(chǎn)效率提升3倍之多。大型增材制造設(shè)備通常會(huì)面臨較多問(wèn)題，包括：材料庫(kù)存的增加、重型基板的機(jī)械裝卸、較大工作區(qū)域內(nèi)保護(hù)氣體的效率、資金成本的增加以及占地面積的增大等。要生產(chǎn)大型零件，必須消化這些不利因素，但就市場(chǎng)吸引力而言，中型設(shè)備更具優(yōu)勢(shì)。目前，中型設(shè)備面臨的主要阻礙是激光器數(shù)量有限而降低生產(chǎn)效率。
用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 單激光系統(tǒng)19小時(shí)后的加工進(jìn)度
用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 雙激光系統(tǒng)19小時(shí)后的加工進(jìn)度
用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 四激光系統(tǒng)19小時(shí)后的加工進(jìn)度
RenAM 500Q以雷尼紹RenAM 500M單激光系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)而成，兩者均可用于批量生產(chǎn)，但是存在一些明顯差異。最大的區(qū)別是RenAM 500Q有四個(gè)激光器，但是所有子系統(tǒng)都必須根據(jù)生產(chǎn)量的增加情況重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，四個(gè)激光器在增材制造過(guò)程中對(duì)粉塵的處理能力也非常重要。如果通過(guò)提高氣體流通量和氣流速度來(lái)解決這一問(wèn)題，會(huì)增加濾芯（用于收集粉塵）等其他子系統(tǒng)的作業(yè)負(fù)擔(dān)。因此，雷尼紹的做法是在氣流中裝設(shè)一個(gè)熱轉(zhuǎn)換器來(lái)保持加工溫度的穩(wěn)定性，同時(shí)利用預(yù)過(guò)濾旋風(fēng)分離器來(lái)分離小顆粒與大顆粒粉末，從而延長(zhǎng)濾芯壽命并提高粉末的循環(huán)利用率。
其他改進(jìn)措施包括改善整個(gè)加工區(qū)域的氣流穩(wěn)定性，顯著減少流程間的清潔作業(yè)量。RenAM 500Q在整個(gè)加工區(qū)域設(shè)置有四個(gè)激光器，因此保持光學(xué)系統(tǒng)和粉末床之間的精確位置關(guān)系也至關(guān)重要。工程技術(shù)的進(jìn)步有助于確保上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，這些進(jìn)步包括使用精密運(yùn)動(dòng)配件重新定位刷粉器、縮短設(shè)置時(shí)間以及提高重復(fù)精度等。
結(jié)構(gòu)緊湊，潛力巨大
要高效使用四個(gè)激光器，需進(jìn)行更多的前期規(guī)劃和工藝過(guò)程管理工作。最直接的切入點(diǎn)是讓每個(gè)激光器加工一個(gè)或一組獨(dú)立零件。如此一來(lái)，激光器便可并行作業(yè)。初步研究顯示，同時(shí)加工多個(gè)相鄰零件時(shí)需格外小心，因?yàn)榧庸ひ粋€(gè)零件排放的廢氣可能會(huì)影響另一個(gè)零件。結(jié)果表明，盡管加工出的零件表面光潔度存在一些細(xì)微差異，但總體而言，激光器并行作業(yè)是一種最容易管理的加工情形，也是推薦給大多數(shù)用戶(hù)使用的入門(mén)方法。
除此之外，在多激光加工過(guò)程中，選擇哪種加工方式主要取決于具體應(yīng)用場(chǎng)合。顯然，可以使用四個(gè)激光器加工同一個(gè)零件，并且由于雷尼紹RenAM 500Q的每個(gè)激光器都能覆蓋整個(gè)金屬粉末床，用戶(hù)因而可以選擇最優(yōu)化的加工策略。
雷尼紹RenAM 500Q的振鏡底座就是采用增材制造方法，由四個(gè)激光器經(jīng)過(guò)19個(gè)小時(shí)加工制成。它是一種理想的增材制造部件，在此種應(yīng)用情形中，其功能需求側(cè)重于熱穩(wěn)定性、防漏，以及幾何重復(fù)精度。振鏡底座不能承受較重的結(jié)構(gòu)載荷，因此組件測(cè)試僅限于驗(yàn)證功能性設(shè)計(jì)要求。
對(duì)于更具挑戰(zhàn)性的結(jié)構(gòu)零件，特別是在對(duì)安全性要求極高的應(yīng)用場(chǎng)合中使用的零件（例如航空航天、醫(yī)療保健和賽車(chē)運(yùn)動(dòng)等），大多數(shù)用戶(hù)都希望詳細(xì)了解多激光交互作用的影響，而這需要進(jìn)行更多的測(cè)試和評(píng)估。雷尼紹解決方案中心應(yīng)用計(jì)劃為潛在用戶(hù)提供此類(lèi)測(cè)試和評(píng)估。
對(duì)于如何應(yīng)用多激光技術(shù)，每個(gè)用戶(hù)都會(huì)有自己的見(jiàn)解：是利用這項(xiàng)技術(shù)提高業(yè)已成熟的增材制造應(yīng)用領(lǐng)域的生產(chǎn)效益，還是開(kāi)拓能夠顯著提高生產(chǎn)效率的新市場(chǎng)和應(yīng)用領(lǐng)域？
如今增材制造已成為一項(xiàng)可行的批量生產(chǎn)技術(shù)。增材制造技術(shù)正積極拓展應(yīng)用到新的領(lǐng)域。這些領(lǐng)域不僅追求增材制造的技術(shù)效益，而且注重高質(zhì)量組件的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。
更重要的是，雷尼紹RenAM 500Q系統(tǒng)的生產(chǎn)效率提升3倍之多，而初始資本投資只是適度地增加，這意味著零件單位成本有所降低，必將有助于增強(qiáng)金屬增材制造的市場(chǎng)吸引力，為現(xiàn)有用戶(hù)創(chuàng)造更多收益。回到篇首的問(wèn)題，答案不言而喻，RenAM 500Q四激光系統(tǒng)確實(shí)是青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。
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