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一、激光选区溶解成型设备简介

激光选区溶解技术(Selective laser melting，SLM)是现代金属增材造作技术的典型代表，也是将来增材加工造作发展的重要方向之一
。激光选区溶解技术由于其成型精杜着良、成型零件致密度高、可直接成型复杂状态、可成型资料宽泛等已被宽泛利用于航空航天、科研教育、医疗、工业模具、汽车等领域
。该技术重要通过激光束被聚焦到成型平面上并由扫描振镜节造以肯定速度和蹊径进走活动，将扫描区域的金属粉末急剧溶解并凝固而形成实体，通过逐层累积的方式最终实现复杂三维结构的加工
。

9091美高梅是一家专业从事金属3D打印设备研发、造作、销售以及提供3D打印服务的高新技术企业，公司团队传承华南理工大学十余年金属3D打印设备、资料工艺研发经验，目前已经推出“高精度、多资料、大尺寸、高效能”系列化的激光选区溶解成型设备，在设备不变性、设备成型能力保障方面拥有多年累积的经验
。

通常，激光选区溶解成型设备重要由几大主题部门组成：光学系统、铺粉成型系统、气体循环净化系统、推算机节造系统以及其他辅助器件等组成
。成型设备各部门的靠得住性及其机能、各部门之间相互协调工作等直接影响成型零件的成型质量（蕴含几何精度、表表精度、内部缺点等）与成型机能（蕴含机械机能、耐侵蚀机能等），从而影响产品的利用
。同时，成型设备的不变性及其工作持续性是企业大规模出产的沉要保险
。在企业利用过程中，设备问题而导致成型零件的失败往往是难以添补的，这不仅造成了资料、人为等资源的直接浪费，还可能导致加工效能的降低、客户的流失等，严沉故障技术推广利用及产业化
。因而，对于推广技术、产品利用，激光选区溶解成型设备的成型能力保障显得尤为关键
。

昭通9091美高梅增材Dimetal-100激光选区溶解成型设备组成

二、设备关键组成部门的作用及其要求

1、光学系统

作为激光选区溶解设备最主题的组成部门，光学系统重要由激光器、扩束镜、扫描振镜、f-θ镜等组成
。在激光选区溶解成型过程中，光学系统通过激光器发出激光束并经过柔性光纤传输后，通过扩束镜以扩大激光束直径，以削减作用于扫描振镜的激光能量密度，最后通过f-θ透镜解除枕形畸变以得到光束质量高、聚焦光斑精确的激光束
。该激光束被聚焦于成型表表，并在振镜活动节造卡与推算机节造系统的协同节造下，以设定速杜纂预约蹊径进行加热溶解金属粉末并急剧凝固形成实体
。

在激光选区溶解成型设备中，对光学系统重要有以下几方面要求：

（1）激光焦点：激光束通过聚焦于成型表表而拥有高能量密度使金属粉末溶解，当成型设备的焦点偏离成型表表太多，不仅会导致激光束由于不足足够高的能量密度使金属粉末溶解，同时离焦的大光斑容易使成型零件表表精密度降低，极限成型尺寸增大
。因而，成型设备的焦点正确聚焦于成型表表是设备成型机能保障的前提之一
。

2）振镜校准：扫描振镜作为激光选区溶解成型高精度保障的主题部件
。通过振镜活动节造卡与推算机系统节造振镜进行指令角度的偏转，实现激光束在成型表表指定地位进行精确扫描
。在振镜系统中，其偏转角与平面坐标之间存在着固有的非线性映射关系，加之光学组件的造作误差、光路系统的装调误差，会给系统带来“枕形畸变”、“桶形畸变”和“枕桶形复合畸变”等静态误差
；电子传输线路中的残留噪声、仿照电压漂移也会带来系统和随机的动态误差
；长功夫陆续工作前提下，因温度漂移常
；岫韵低吃斐衫刍娜浔湮蟛
。因而，通过振镜校准保障成型精度变得复杂且尤为关键
。

振镜系统是基于现实平面坐标数据推算确定指标地位与振镜偏转指令角度之间的映射关系，因而振镜校准需对现实加工的平面坐标数据进行采集，采集的数据用于振镜节造单元的进一步校准推算，如此反复可使振镜扫描精度满足要求
。传统的数据采集方式是手工对位丈量，或利用3D图像丈量仪离线自动丈量
。这种人为或离线丈量方式，一方面会带来更多的主观性丈量误差，另一方面是效能较低
。因而有望通过提升振镜校准技术来提高激光选区溶解设备的成型精度
。

振镜校准过程

（3）激光延时参数：在现实SLM加工过程中，振镜电机的动弹以及激光器的出光关光必要肯定的响应功夫，会比系统节造信号滞后，因而存在肯定的延时误差，对于 SLM 零件的成型质量造成肯定的影响
。成型设备可通过在节造系统中设置激光延时参数以有效赔偿通讯延长所带来的不良影响
。激光延时参数重要有开光延时（Laser On Delay）、关光延时（Laser Off Delay）
。

对于精密结构而言，激光延时的影响是不成忽视的
。激光延时参数对精密结构的致密度、硬度、力学机能都有显著的作用，且对于幼尺寸零件的影响越发显著
。

激光延时参数的作用

（4）现实激光功率保障：激光选区溶解成型设备的最大工作功率将直接影响设备的成型能力，当加工熔点较高的金属粉末时，往往必要提高功率以保障金属粉末的齐全溶解，从而保障成形实体的致密性及其力学机能
。肯定功率的激光束从激光器发射，经过多沉光学元器件的吸收或减弱，最终达到成形表表的现实激光功率会存在肯定水平的衰减
。常见激光功率损耗的原因是由于元器件相对地位不正确或密封性问题导致尘埃等进入光路
。当功率损耗超过肯定值后，必须对光路单元的密封性进行查抄，对光路单元上各元器件的地位进行校对，直到校对后激光功率现实丈量值达到理论值的90%左近
。

2.铺粉成型系统

激光选区溶解成型设备的铺粉成型系统重要蕴含铺粉车活动机构、粉料缸、成型缸和伺服螺杆驱动机构等职能单元
。在加工过程中，成型缸通过降落指定层厚高度，粉料缸上升肯定高度（粉料缸供料方式）或落粉电机动弹肯定角度使粉末落在铺粉车前（落粉供料方式），铺粉车活动，铺粉车上的柔性铺粉刷将一个层厚的粉末铺在成型缸表表，期待光学系统进行加工
。

在激光选区溶解成型设备中，对铺粉成型系统有以下几方面要求：

（1）铺粉车活动机构：在SLM 成型过程中，粉末铺展的成效要求平坦、均匀、紧实，这有利于成型致密、高表表精度的零件
。若SLM 成型过程的铺粉平面凹凸不平，会导致粉末对激光的吸收不不变，激光照射在粉床表表分歧地位的功率密度不等，导致成型面也凹凸不平，最终使得成型件的致密度、表表精度等降落严沉
。铺粉活动机构常见问题有：①运行不不变，铺粉车活动过程抖动而在铺粉平面形成条纹
；②单向驱动的铺粉车在长功夫运行工况下容易出现故障等
。因而，成型设备的铺粉车活动机构要求便于调节，并在SLM成型过程中活动保障不变，且能保障长功夫运行的靠得住性
。

（2）铺粉车活动速度：在SLM成型过程中，适当提高铺粉车运行速度可削减零件成型功夫，提高加工效能
。但由于铺粉结构重要选取物理限位的大局节造其活动领域，当铺粉车活动速度不其时，其加快度或减速度导致的地位误差可累积而导致
；，甚至使零件加工失败
。因而，激光选区溶解成型设备的铺粉车活动速度需经过校对与调节，以保障长功夫的正常运行
。

（3）成型缸与粉料缸的活动精度：作为一种基于层层堆积成形的技术，激光选区溶解成型技术对于成型缸与粉料缸的活动精度拥有较高要求，最幼层厚甚至达到20μm
。因而必须通过系统校对满足成型缸与粉料缸的活动精度要求，以保障激光选区溶解成型设备的成型能力
。

（4）落粉供料正确：对于落粉供料方式的成型设备，粉末从落粉电机到铺粉车上的粉料槽必要肯定的功夫，因而需节造落粉电机与铺粉车的作为功夫，以保障从落粉电机落下的粉末齐全被粉料槽接管
。另表，需通过测试与校对节造落粉电机的动弹量以使落下的粉末可能刚好齐全铺满整个成型表表，粉料过少则容易使成型表表部门区域无法铺上粉末，粉料过多则使粉料亏损过快
。

昭通9091美高梅增材Dimetal-300多资料激光选区溶解设备（落粉供料方式）

3.气体循环净化系统

在激光选区溶解成型过程中，金属粉末在激光作用受热溶解过程中易与空气中的氧或其他元素产生反映，形成黑烟或高熔点飞溅物等
。一方面，黑烟容易使透光镜片粘上一层黑烟粉末，导致激光透过镜片时功率衰减严沉，成型表表的粉末无法充分溶解而影响成型质量，同使爻上黑烟粉末的镜片由于吸收激光能量而发热，甚至高温爆裂
；另一方面，形成的高熔点飞溅物容易飞落在左近成型区域上，后续激光溶解该区域导致同化等缺点，落在非成型区域时同样会加剧粉末受传染水平
。同时，由于气流、激光冲击以及铺粉装置的扰动，密封成型室内会产生大量烟尘
。

因而，气体循环净化系统的机能对于现实加工过程的成型质量节造尤为沉要
。气体循环净化系统重要蕴含以下几方面要求：

（1）成型室气体环境的循环过滤净化：从成型表表吸入的夹带黑烟与飞溅物等的
；て，通过气体循环净化系统内部的滤芯进行过滤后，沉新作为干净
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。9091美高梅选取的双级高精密过滤系统，可实现
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。

（2）风口设计：在成型室内，循环
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。在现实加工过程中，吹风口与吸风口之间的成型表表上方形成的循环风场对零件成型质量产生较大影响
。风口设计不合理容易导致成型室内黑烟、飞溅物等难以进入循环净化系统过滤，从而导致成型质量降低、粉末受传染加剧
。因而需凭据现实成型环境，优化设计吹风口与吸风口的结构，以改善成型表表的循环风场作用，提高成型质量
。

（3）光学镜片
；ぷ爸茫9091美高梅研发的激光选区溶解设备中，在传统的一路气体循环的基础上新增长第二路气体导入，在光学镜片下导入环形散布的新鲜氩气形成
；て宀
。齐全断绝所有粉末熔融过程中的点火物粘附在镜片上，保障绝对激光输出精准度和大幅耽搁光学元件寿命
。

光学镜片
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4.密封成型室

在SLM成型加工前，通常必要向成型室内通入惰性
；て逡耘懦掌，使成型室内形成适合激光选区溶解粉末的无氧环境
。若成型室的密封机能不及，不仅耽搁了排除成型室内空气的功夫，还会亏损更多的
；て，同时在成型过程中，氧气可能会进入成型室并与金属粉末反映天生氧化物等杂质，降低零件成型质量
。

因而，成型室的密封性是提逾越产效能、降低出产成本、保障零件成型质量的沉要前提
。另表，需定期查抄设备的密封性以及更换密封元件，以保障成型室的密封机能
。

5.其他

由于激光选区溶解技术是一种基于成型平面而进行层层溶解堆积的增材造作技术，因而在机械装置过程中，成型平面的水平杜纂振镜头的水平杜爪得到保障，不然成型平面与振镜头平面之间的平行度相差太大容易导致振镜的校准变得极度难题，降低设备X/Y方向的成型精度
。

另表，由于涉及金属粉末加工，因而激光选区溶解成型设备需定期守护与算帐，以保障设备各部门系统的正常工作、保障设备的不变性与成型能力
。