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根據(jù)AMPower 2023全球工業(yè)增材制造市場報(bào)告，自2022年開始，選區(qū)熔融金屬3D打印的一個(gè)直觀的發(fā)展趨勢是超過600mm加工尺寸的大型工件生產(chǎn)需求上升。與此同時(shí)，這些較大尺寸零件由于項(xiàng)目時(shí)間緊張，必須提升打印效率以節(jié)約制造時(shí)間。華曙高科積極響應(yīng)市場需求，進(jìn)行一系列創(chuàng)新技術(shù)探索，不斷向大尺寸、高效率、高精度的方向努力。
在保障產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，“成本”與“效率”是增材制造技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化方向推進(jìn)的主旋律。華曙高科研發(fā)團(tuán)隊(duì)歷時(shí)數(shù)月攻關(guān)，經(jīng)過充分的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，圓滿完成代號“奧林匹克”項(xiàng)目攻關(guān)——在保證高質(zhì)量的前提下，進(jìn)行多項(xiàng)設(shè)備及工藝優(yōu)化，成功將某大尺寸火箭發(fā)動機(jī)收擴(kuò)段零件金屬3D打印效率提升超3倍，讓“更高、更快、更強(qiáng)”的奧林匹克精神融入技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐中。
該火箭發(fā)動機(jī)收擴(kuò)段直徑約600mm，高度約780mm，材質(zhì)為IN718，華曙高科研發(fā)團(tuán)隊(duì)對影響成形效率的因素展開分析，歸納出20余條影響要素，并按重要級進(jìn)行了分類。此次效率提升著重于光學(xué)系統(tǒng)、打印工藝、掃描策略、鋪粉工藝、電子電氣控制等方面，通過多項(xiàng)優(yōu)化，成功將該火箭發(fā)動機(jī)收擴(kuò)段成型用時(shí)由之前327小時(shí)縮短為96.5小時(shí)，生產(chǎn)效率提升338%。
此項(xiàng)研究成果對華曙高科提升金屬增材制造解決方案效益有極其重要的意義。華曙高科認(rèn)為，SLM技術(shù)仍有很大潛力待挖掘。未來將以此為例，對SLM技術(shù)潛力和創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行深入研究與挖掘，進(jìn)一步釋放其創(chuàng)新活力和發(fā)展空間，以獲得更廣闊的增量市場。
為確保大尺寸工件質(zhì)量與效益兼具，華曙高科采用多激光搭接技術(shù)，自主研發(fā)快速搭接算法，有效解決了多個(gè)激光之間的激光一致性、掃描振鏡搭接校準(zhǔn)、搭接穩(wěn)定性、多激光掃描任務(wù)分配等問題；采用先進(jìn)掃描策略，通過針對性的優(yōu)化參數(shù)，實(shí)現(xiàn)激光、振鏡的耦合控制，在保障內(nèi)部冶金質(zhì)量的同時(shí)，較大提升效率，相比優(yōu)化前，可以節(jié)省約39%的延時(shí)用時(shí)。
多激光拼接位置效果一致
振鏡單線掃描形成的單道熔池
激光出光打印過程中會產(chǎn)生煙塵，下風(fēng)向激光穿過煙塵時(shí)易造成散射，能量耗散，從而導(dǎo)致球化、未熔合等冶金缺陷。在多激光掃描系統(tǒng)中必須充分考慮上風(fēng)向煙塵的影響。華曙高科通過優(yōu)化大幅面風(fēng)場設(shè)計(jì)，既可實(shí)現(xiàn)同時(shí)出光避煙打印，又減少了各激光等待時(shí)間，從而提高效率。
由于該零件帶復(fù)雜內(nèi)流道冷卻結(jié)構(gòu)，需實(shí)現(xiàn)低的表面粗糙度從而減少流阻，華曙高科研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高表面質(zhì)量。
為了多個(gè)激光器能夠同時(shí)出光掃描，兼顧避煙，減少等待，華曙高科研發(fā)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化控制系統(tǒng)，極大減少設(shè)備等待和非工作時(shí)間，使多個(gè)激光器持續(xù)保持最大效益的出光狀態(tài)，從而大大提高效率。
提效增益，智能制造。“星辰大海”的背后是華曙高科對技術(shù)始終不渝的“上下求索”。未來，華曙高科將始終堅(jiān)持創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化的理念，為各行業(yè)用戶提供更多降本、增效、提質(zhì)的增材制造解決方案。
作者：華曙高科研發(fā)部、金屬產(chǎn)品事業(yè)部、市場部
原標(biāo)題：工藝「上新」，打印「加速」：華曙高科大尺寸金屬3D打印效率提升超3倍
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