廣州雷佳王迪：粉末床激光熔融增材制造準備與工業(yè)應用

2020年8月20日-21日，中國增材制造產業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國增材制造產業(yè)年會在安徽蕪湖市舉行，此次年會由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心、安徽省經濟和信息化廳、蕪湖市人民政府指導，中國增材制造產業(yè)聯(lián)盟主辦，繁昌縣人民政府協(xié)辦，南極熊作為支持媒體對本次會議進行了直播。

△廣州雷佳總經理 王迪


在“中國增材制造產業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇”上，廣州雷佳總經理 王迪發(fā)表主題演講，題目是《粉末床激光熔融增材制造準備與工業(yè)應用》，以下是本場演講的現場速記，經大會組委會授權發(fā)布。

△視頻：王迪《粉末床激光熔融增材制造準備與工業(yè)應用》


王迪：我報告的內容主要分成四個方面。首先團隊方面，我們團隊負責人是楊永強教授，還有其他四位年輕的老師，我是其中之一，主要核心的是5個老師，我們團隊還有一個外專千人，兩位優(yōu)秀的博士后，還有三十幾位學生。我們的金屬增材研究工作包括四個方面：

• 粉末床金屬增材，
• 等離子金屬增材，
• 激光送粉增材，
• 激光的送粉增減材。
  

粉末床金屬增材是我們最基礎的工作，也是最主要的。

基于學校的研究成果，我們成立了廣州的雷佳增材科技有限公司，并且進行了產品的銷售。公司有40多個人。目前有十幾臺設備在做創(chuàng)新應用。

主流的金屬增材制造技術主要是激光粉末床、激光送粉成型、電子束粉末床、還有等離子成型等。

粉末床基本原理主要是激光傳輸，剛才有專家周教授講的光纖激光器這一塊，我也是從光纖激光器從40多萬一臺200瓦的，到后來30萬和20萬，再多后來的十幾萬，到現在的8萬；進口的也是激光傳輸，聚焦了之后大概獲得50—100微米的光斑，鋪粉的粉末刷、粉末柔性刷，燒結后重新鋪一層粉末，一層一層打印，這個是基本的原理。


研發(fā)中的關鍵技術，比如說軟件控制還有腔體里面的氣體循環(huán)，2007年在廣州瑞通的產業(yè)化合作的時候，當時就沒有氣體循環(huán)這個東西，打完之后腔體就是黑糊糊的，零件打出來雖然漂亮，但是打印完之后整個腔體黑乎乎的；還有激光的精確控制；還有柔性鋪粉，柔性鋪粉這一塊行業(yè)里面都是用柔性的硅膠條；還有加工質量的實時監(jiān)控這一塊的研究非常熱門，國內外這一塊是非常大的短板，怎么實現加工過程并反饋仍然是非常重要的；還有大尺寸零件，今年的TCT我們可以看到大尺寸是非常大的主流；還有應用的增長點，這里面也有很多關鍵的技術。

像右上圖就是氣體循環(huán)比較差的，打印完之后他整個玻璃窗都是黑的，當然我們做激光加工制造腔體黑了之后還是挺危險的——我們最近振鏡壞了好幾套，因為聚焦的鏡片發(fā)黑了之后對激光的吸收導致鏡面很熱，長期累積之后就壞掉了，所以腔體內氣體循環(huán)效果還是很重要的。

華南理工大學在設備研究開發(fā)做的工作，從2004年開發(fā)了設備，在2007年的時候我們和廣州瑞通產業(yè)化合作，后來在2011年的時候有商品化的設備在市場上推廣，在軟件上面進行了迭代和開發(fā)，其實軟件也是無止境的工作，因為工藝要根據客戶的產品和要求不同的材料進行改進，所以對軟件就不停的提一些要求。那這里面很關鍵是路徑的規(guī)劃，如何實現大尺寸零件的可控，如何實現緊密尺寸零件的高精度成型都是非常重要的。

在軟件里面比較先進的地方就是對每個零件、每一層參數都是可以單獨控制的，從激光參數到掃描方式都是一個零件的每一層，因為每次打印的時候都是可以將很多零件一同打印，每一個零件的參數可以單獨設置的。

因為我們現在光纖激光器有兩種模式，一個是連續(xù)模式，一個是調控模式，調控模式就是調制。現在主流還是用連續(xù)激光，這個模式有一個好處，就是在我們打印高溫合金的時候有一些鈦、鋁含量比較高的情況下裂紋傾向是非常嚴重的，這個模式可以精確控制激光的能量，有可能會解決高溫合金裂紋的問題。在核心機械這一塊我們專利從實用到發(fā)明專利多軟件目前有300多項，從機械結構還有軟件、工藝和應用。

現在從事金屬增材制造各位老師都知道，國內做3D打印的還是挺多家的，各家各有優(yōu)勢，那這一塊我總結的我們這種設備特點，比如說第一項活塞整個全盤做的，因為我們經常換粉，就保證換粉的時候換的干凈，還有在軟件方面的，還有過濾方面的效果。

目前這個軟件已經完全兼容了多種型號設備，包括從50到100，到100E，100E主要是定位在教育行業(yè)里面，DiMetal280，300設備主要是多材料成型，還有一些合作的面向和平材料的設備，還有目前的大尺寸的500設備。因為金屬打印他打印完之后就跟傳統(tǒng)激光加工一樣，他的精度的問題就是對不同的幾何特征都要進行專門的成型規(guī)律的研究，這一塊也是做了大量的工作，就分成薄板、圓孔、傾斜角度等等這一些都有制造方面的工藝約束，針對他成型圓孔打了之后圓的或者是不圓的，讓我們怎么在工藝和提前設計的時候解決這些問題，這個目前基本上都已經實現了一些方案的解決。

那這個里面還有精密的，特別是微細結構0.2毫米微結構在激光的路徑規(guī)劃上面還有一個激光的延時上面要有精確的控制才能獲得想要的效果。

目前從學校到產業(yè)化平臺，公司現在技術實現了6大領域的推廣，在航空航天這方面做的少一些，在汽車、醫(yī)療、工業(yè)模具、珠寶應用、教育科研這一塊展開了大量的創(chuàng)新服務。接下來就是比較有特色的地方我與大家分享一下。

第一個，桌面型的金屬3D打印設備，這個挺有意思的，在德國有一家企業(yè)Realizer公司曾經推出來桌面型的金屬打印機，后來在全世界范圍那邊很少聽說，但是我們推出來之后發(fā)現客戶還是要桌子，所以還是把桌面型改成小型的設備，叫DiMetal50，這個設備聚焦的光斑就比較細，尺寸就比較精細。

第二個是大尺寸的SLM設備的開發(fā)，因為這個是趨勢，在航空航天目前需求量還是挺大的，今年年初之后這一塊發(fā)展很快，我們在這方面稍微晚了，像國內的鉑力特、易加三維、華曙高科等公司推出了大型的設備，我們研究開發(fā)的是一款500的設備。

這個設備現在剛推出來樣機，現在開發(fā)的是400×400和600×600的設備，現在是在做的過程當中，這個是在打印尺寸的樣件，就是500×250，這個是500×250的幾何特征的典型樣件的測試。

第三個，多種材料3D打印，我個人當時覺得市場可能比較小，推出后，客戶那邊科研領域要求還挺多的，目前賣了6—7臺設備在科研院所里面，這個可以實現最多一次四種材料的同時成型，這個材料肯定要針對物性進行分析。這個是在軟件和送粉結構進行了創(chuàng)新，這個是在Z方向，這個實現起來相對來說比較容易，就是Z字方向實現不同的材料切換就可以了。這個是打印的樣件。

當然在XY方向的多材料目前在全世界所了解的都是非常少的，就是在XY方向實現不同材料的成型梯度成型學術方面還是可以的，這一塊工作是畢業(yè)的師兄在韶關學院跟我們有一些項目。

第四，銅的增材，我們發(fā)現銅合金的反射率特別高，最近打印銅的時候就燒了一個振鏡，可能他打印的件稍微大了一點，打印的時候工程師沒有看到發(fā)熱并一直在打印，就將貴重的鏡子燒掉了。銅合金打印，致密度基本上達到99%，但是純銅目前還是打印難題。有幾家公司打印純銅的效果目前是不錯的，當然我們純銅打印沒有完全解決，但是我們跟深圳的一家公司準備用藍光激光進行金屬增材制造。因為我看了焊接效果用藍光的話基本上可以實現無飛濺的焊接，所以這一塊技術還是值得期待的，但是藍光效果有點差，看看怎么解決。

工業(yè)應用案例，我們團隊做的工業(yè)案例跟大家分享一下。我們做的材料基本上是商品化的，大家都可以做，只要你有設備和功率密度達到要求的話這些設備都可以做，大家都是一樣的，看大家誰的質量和效率控制好，誰的后處理做的好。


我們跟英國的公司用3D打印高附加值的過濾器，比如說用打印耐熱、耐腐蝕的高溫合金的過濾器。還有一個就是我們給有特殊的應用行業(yè)也是叫過濾器載體，也是很有意思的。還有微反應器不同的液體在流道里面進行攪拌，攪拌出來之后就達到了非常好的混合效果，這個也是面向珠三角市場開發(fā)的，這個就是反應器通過大尺寸結構設計獲得更好的效果。

這個是萬能鑰匙案例，就是從鑰匙傳統(tǒng)的加工鑰匙不是很美觀，當時幫一個英國的鑰匙公司進行開發(fā)的，開發(fā)完之后我們看到最終的右下角的圖片，后來一報價他跟傳統(tǒng)加工的價格相差有點大，后來就放下這個項目，但是項目后來整理一下發(fā)了一篇論文。這個是通過3D打印制造了我們自己設備上的門把手，這個是3D打印熱門之后很多人說3D打印我設備上關鍵零部件可不可以，我們就找了門把手的零件。還有模具這一塊，深圳光韻達深圳德科在這塊做了很多的工作，我們也在這塊做了很多工作，這個是直接打印模具，就是冷卻通道的模具。

這個叫嫁接模具的打印，主要是為了節(jié)約成本，因為有些模具比較重的話在某些部位添加隨形的通道，這塊我們把底座加工再用激光堆接的方式打的隨形的這一部分為客戶節(jié)約一些成本。這個也是另外的嫁接案例。還有就是像比較有意思學生創(chuàng)新，這個活動當時一起參加新加坡全世界3D打印的比賽，這個作品沒有拿獎，另一個作品拿了特等獎也是一個算盤打印完之后就可以直接活動的珠子。還有我們最近在做的銅合金，致密度可以達到98.88%，因為當時客戶要的比較急所以給他先做了一下還有銅客戶的樣件，這個是給客戶作為加工服務給他們提供建議，我就拍了一些，還有在衛(wèi)浴里面的應用，這個是銅件。

還有其他的應用，比如說耳機、醫(yī)療的修復，還有在醫(yī)療上面的產品。這兩個是客戶，但是具體應用場合我不太清楚，這個也是醫(yī)療件，這個是散熱的，還有一個是香港的老師讓我們打印的薄壁件，0.5毫米加工沒有問題的，但是打印這么大的0.5的毫米一打就變形，后來就把他們加上了支撐的三格，打印完之后割完還是變形的，但是這個老師還是挺感興趣的。

基于我們的研究還有一些開發(fā)，我們也是把很多素材整理為專注的形式，像激光選區(qū)熔化，還有金屬增材制造3D打印技術等。最后總結: SLM技術在工業(yè)應用領域還是非常迅速的，這幾年我都在一線這邊，但是他仍然受限于效率還有尺寸范圍打印質量的可靠性的問題，下一步團隊還是針對SLM打印范圍、智能化控制等問題進一步研究開發(fā)與提升，希望與我們的上游粉末、下游應用、科研探索等方面的供應商和客戶保持良好的互動交流與合作。

謝謝大家！