大族激光劉旭飛：SLM增材制造技術(shù)的應(yīng)用

2020年8月20日-21日，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)在安徽蕪湖市舉行，此次年會(huì)由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心、安徽省經(jīng)濟(jì)和信息化廳、蕪湖市人民政府指導(dǎo)，中國(guó)增材制造產(chǎn)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(duì)本次會(huì)議進(jìn)行了直播。

在“中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇”上，大族激光3D激光加工產(chǎn)品中心副總經(jīng)理劉旭飛發(fā)表主題演講，題目是《SLM增材制造技術(shù)的應(yīng)用》，以下是本場(chǎng)演講的現(xiàn)場(chǎng)速記，經(jīng)大會(huì)組委會(huì)授權(quán)發(fā)布。

△視頻：劉旭飛《SLM增材制造技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展》

劉旭飛：各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專(zhuān)家，下午好。下面我對(duì)大族激光在SLM增材制造技術(shù)的應(yīng)用做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

大族激光智能裝備集團(tuán)主要從事中高功率的激光切割、焊接、3D打印、激光清洗、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，以及激光器、數(shù)控系統(tǒng)、功能部件等激光智能裝備以及核心器件的研發(fā)、制造、銷(xiāo)售與服務(wù)。

大族激光智能裝備集團(tuán)是大族激光科技產(chǎn)業(yè)集團(tuán)下面的一個(gè)子集團(tuán)，一共有19個(gè)子公司以及產(chǎn)品線(xiàn)，2019年智能裝備集團(tuán)的產(chǎn)值是20個(gè)億，在整個(gè)大族激光產(chǎn)業(yè)集團(tuán)里占了五分之一。大族激光智能裝備集團(tuán)在深圳寶安，下屬有大族智控、大族智軟、大族超能、大族塞特維、大族漢獅等11個(gè)子公司，還有平面切割、三維切割、切管、3D打印、激光焊接、激光清洗等一些產(chǎn)品線(xiàn)。

我們3D打印產(chǎn)品線(xiàn)主要針對(duì)于3D打印設(shè)備的研發(fā)，包括M100、M260、M400、M600的設(shè)備。像M100的設(shè)備，一般針對(duì)齒科這個(gè)行業(yè)，M160主要針對(duì)義齒支架，可選配單雙振鏡，M260針對(duì)模具、航空航天、科研等行業(yè)，也可選配單雙振鏡。
M400的設(shè)備是400*400*400，可選單雙四振鏡。還有我們目前最大的一款設(shè)備正在研發(fā)設(shè)備，是M600的設(shè)備，因?yàn)槟壳按_實(shí)越來(lái)越多要求大尺寸、高效率，所以在實(shí)現(xiàn)設(shè)備高效率加工方面，我們也想了很多的辦法，如采用8振鏡的方式。
大族激光智能裝備集團(tuán)從激光器、機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、功能部件、數(shù)控系統(tǒng)等都是我們的核心技術(shù)，而且還建立了國(guó)內(nèi)比較領(lǐng)先的激光智造聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，以及激光技術(shù)應(yīng)用研究中心，包含激光切割工藝、焊接工藝，激光熔覆、清洗、3D打印工藝的研究等等。我們目前是國(guó)家首批的智能制造試點(diǎn)示范單位，國(guó)家激光行業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制訂單位，也得到了一些國(guó)家榮譽(yù)，去年榮獲了國(guó)家科學(xué)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

接下來(lái)我講一下3D打印設(shè)備國(guó)產(chǎn)化這一塊我們所做的工作，目前我們SLM設(shè)備主要的一些部件比如說(shuō)激光器、振鏡、軟件這些是主要的組成部分，這些我們都是自主研發(fā)，比如說(shuō)激光器可以生產(chǎn)從300瓦到15000瓦，目前激光器一年可出貨2000臺(tái)左右，而且300瓦和500瓦的激光器也應(yīng)用于我們的3D打印設(shè)備上。

我們大族有個(gè)子公司叫大族思特，專(zhuān)門(mén)是開(kāi)發(fā)掃描振鏡，我們的打標(biāo)機(jī)做了20幾年，打標(biāo)機(jī)所用的振鏡都是我們自主研發(fā)的，所以?huà)呙枵耒R我們積累了20年的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，起碼在國(guó)內(nèi)我們的技術(shù)是領(lǐng)先的，在3D打印行業(yè)也有很多應(yīng)用。還有我們的軟件，也是自主開(kāi)發(fā)的，包括人機(jī)控制界面、路徑規(guī)劃軟件等。

我們還有一些子公司做電機(jī)、冷水機(jī)等其他輔助的設(shè)備開(kāi)發(fā)，剛才說(shuō)了在我們3D打印設(shè)備采用了自己的300瓦和500瓦激光器，一般是用單模15微米，光束質(zhì)量在1.1之內(nèi)，我們的激光器完全是對(duì)標(biāo)于國(guó)外，特別是激光器功率穩(wěn)定性可控制在±1%，在國(guó)際上都是領(lǐng)先的。

掃描振鏡上的電機(jī)、編碼器也是我們自主開(kāi)發(fā)，通過(guò)我們對(duì)3D打印光束系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及動(dòng)態(tài)調(diào)焦的設(shè)計(jì)，最后對(duì)振鏡的集成，目前我們?cè)?D打印行業(yè)里面國(guó)內(nèi)出貨一千套以上，雖然說(shuō)和國(guó)外的有點(diǎn)差距，但我們一直往這個(gè)方向努力，因?yàn)榇_實(shí)像激光器、振鏡完全是卡脖子的部件，我們做3D打印設(shè)備不能說(shuō)所有的東西從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)，萬(wàn)一以后不賣(mài)我們了，就完全被卡死了，所以我們一直在做這些功能部件完全國(guó)產(chǎn)化。

還有我們大族激光對(duì)于SLM一些關(guān)鍵技術(shù)方面所做的工作。大家都知道3D打印氣流的穩(wěn)定性是非常關(guān)鍵的，吹氣結(jié)構(gòu)做的不好，打印飛濺就會(huì)落在零件上面，那零件致密度就不行，會(huì)影響零件質(zhì)量、壽命。我們對(duì)氣流都要進(jìn)行均勻性計(jì)算，合理分配每個(gè)間隔的具體流量，并采用CFB流場(chǎng)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)得到我們最優(yōu)的效果，從而來(lái)保證我們3D打印過(guò)程中氣流穩(wěn)定性，來(lái)提高打印質(zhì)量，我們也有一個(gè)CAE分析團(tuán)隊(duì)，專(zhuān)門(mén)對(duì)光、機(jī)、電、熱進(jìn)行CAE優(yōu)化分析。

還有常規(guī)的一些材料工藝開(kāi)發(fā)，包括鐵基、鎳基合金、鈦合金、高溫合金、鋁合金、銅合金等常規(guī)材料的工藝摸索，對(duì)這些材料的拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率等性能也積累了很多工藝技術(shù)。

我們目前常用的3D打印光斑一般是在50微米、75微米左右，所以我們也對(duì)極細(xì)光斑的技術(shù)做了一些研發(fā)，比如20微米左右的光斑，對(duì)于極細(xì)光斑的工藝成型，我們發(fā)現(xiàn)3D打印飛濺更少，零件的致密度更高，而且能夠打印更精細(xì)的結(jié)構(gòu)，提高我們最終零件的致密度。比如說(shuō)我們打印了0.08mm厚度的薄壁結(jié)構(gòu)。我們還對(duì)平頂光3D打印做了一些探索，我們現(xiàn)在用的激光器高斯光，我們通過(guò)光路整形技術(shù)把高斯光變成平頂光，研究平頂光與高斯光之間不同的光學(xué)分布對(duì)我們3D打印零件性能的影響。

我們對(duì)于3D打印檢測(cè)也做了前期的研究，比如打印前、打印中打印后，打印前我們采用CCD做鋪粉檢測(cè)，識(shí)別粉床上的鋪粉效果，通過(guò)機(jī)器代替人眼進(jìn)行鋪粉質(zhì)量的檢測(cè)，鋪粉質(zhì)量不行的話(huà)我們可以快速的識(shí)別，來(lái)調(diào)整我們的3D打印工藝，提高打印質(zhì)量。

我們還對(duì)3D打印的孔隙、裂紋、球化現(xiàn)象，做了初步的研究，利用我們深度學(xué)習(xí)的算法，識(shí)別打印過(guò)程中的缺陷，怎么樣提高我們的3D打印質(zhì)量。還有對(duì)熔池監(jiān)控，比如打印過(guò)程中熔池產(chǎn)生的等離子體，他的強(qiáng)度和熔池?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)熔池?cái)?shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)打印的異常變化，來(lái)改善我們的3D打印質(zhì)量。

這些就是我們大族激光對(duì)SLM增材制造技術(shù)所做的一些工作，謝謝大家。