多激光束3D打印系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

多光束激光3D打印系統(tǒng)，是區(qū)別于單激光SLM及SLS打印機(jī)的新型粉末床激光成型設(shè)備，是金屬及高分子粉末材料面向高效率、大尺寸及批量制造的新一代成型工藝，是粉末床激光成型工藝發(fā)展的新趨勢(shì)。我們來了解多激光束加工的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)。

圖片：EOS M400 四激光束系統(tǒng)

擴(kuò)展打印尺寸、大型零件一體成型
多激光打印系統(tǒng)的定位在于打破當(dāng)前3D打印技術(shù)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品尺寸的限制。當(dāng)前，多光束包括雙光束、三光束及四光束，雙光束如華曙新發(fā)布的HT1001P大尺寸尼龍機(jī)、FS421M金屬機(jī)以及SLM Solution SLM280，四光束如EOS M400、SLM Solution SLM 500、鉑力特BLT-S500。

例如，華曙HT1001P打印尺寸達(dá)到1000×500×450mm，可實(shí)現(xiàn)大型產(chǎn)品的一體化成型和小型產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。

華曙HT1001P的超大成型缸

效率極大提升
通俗來講，四激光系統(tǒng)代表著可以同時(shí)打印四個(gè)零件，與單激光系統(tǒng)相比，大大減少了打印前期的多次準(zhǔn)備時(shí)間，雖然其鋪粉的行程長(zhǎng)、打印零件多，但四激光同時(shí)打印造成的單層花費(fèi)時(shí)間卻并未延長(zhǎng)。

SLM 500四激光束系統(tǒng)

EOS M400配備了四臺(tái)400W的激光器，每臺(tái)激光器負(fù)責(zé)250×250mm的構(gòu)建區(qū)域（有50mm重疊），可同時(shí)制造4個(gè)部件，成型尺寸為400×400×400mm，比單激光系統(tǒng)生產(chǎn)效率提升四倍。而SLM Solutions的SLM 500的成型尺寸達(dá)500×280×365mm，相比于其雙激光系統(tǒng)的SLM280，加工效率提升近90%。

M400四激光分區(qū)3D打印

SLM 500大型零件四激光一體成型

提升產(chǎn)能效益
由于成型空間的增大，意味著一臺(tái)設(shè)備可以一次完成多臺(tái)設(shè)備的加工任務(wù)，這對(duì)于大型制造商來說可以減少設(shè)備的購(gòu)入數(shù)量、降低設(shè)備成本、人員維護(hù)成本以及設(shè)備使用空間成本等。

1臺(tái)M400≈4臺(tái)M290

1臺(tái)SLM 500≈4臺(tái)SLM 125≈2臺(tái)SLM280

挑戰(zhàn)
多激光系統(tǒng)不僅意味著可以將零件做大、實(shí)現(xiàn)批量制造，里面涉及的技術(shù)挑戰(zhàn)也有很多。

挑戰(zhàn)1. 四激光打印機(jī)要求設(shè)備配備四套光學(xué)系統(tǒng)，四臺(tái)激光器、振鏡系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行是否順暢、能否保證光束和功率的穩(wěn)定性，零部件能否實(shí)現(xiàn)完美無(wú)縫拼接；

挑戰(zhàn)2. 四激光同時(shí)運(yùn)行也意味著可能會(huì)出現(xiàn)更多的打印問題，熱場(chǎng)是否均勻，一個(gè)零件出現(xiàn)損壞如何避免影響到其他零件的打印；

挑戰(zhàn)3.四個(gè)零件能否具有同樣的性能，能否實(shí)現(xiàn)對(duì)不同零件采用不同的控制策略；

挑戰(zhàn)4.由于成型空間的增大，打印過程中的煙塵勢(shì)必更加難以去除，打印機(jī)能否實(shí)現(xiàn)一致的過程氣體管理。

加工中的煙塵問題

挑戰(zhàn)5. 能否實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末床、各種參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并能做出反饋。

小結(jié)
當(dāng)前，設(shè)備商或者說大客戶不再滿足于小批量制造，擴(kuò)展打印尺寸、提高打印效率、進(jìn)一步降低設(shè)備購(gòu)入成本、提高整體收益，是大型制造商努力追求的目標(biāo)。

多光束已經(jīng)成為粉末床激光成型工藝的新潮流，一要做大型零件，二要實(shí)現(xiàn)批量制造。多激光束新型設(shè)備的研發(fā)無(wú)不成為設(shè)備商競(jìng)相追逐的焦點(diǎn)。為了配合效率的提高，無(wú)論尼龍機(jī)還是金屬打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部換缸、自動(dòng)密閉篩送粉的無(wú)間斷生產(chǎn)也將作為新的技術(shù)形式予以體現(xiàn)。在多激光束趨勢(shì)發(fā)展背后，廣泛的監(jiān)控功能、控制功能以及可靠的打印工藝是確保高流程穩(wěn)定性和零件質(zhì)量的關(guān)鍵。

來源：3D打印技術(shù)參考，3D科學(xué)谷局部調(diào)整