LED光源金屬3D打印機來了，SLEDM技術(shù)

2020年5月，南極熊發(fā)現(xiàn)，奧地利格拉茨理工大學(xué)Graz University of Technology的研究人員創(chuàng)造了一種新型的金屬3D打印機，使用LED代替激光源，用于金屬零件的快速成型制造。這種新型3D打印機可以優(yōu)化3D金屬打印的工作時間、金屬粉末消耗、設(shè)備成本和后處理工作。目前開發(fā)團隊已經(jīng)為這款3D打印機申請了專利：選擇性LED燒結(jié)技術(shù)（Selective LED-based Melting，簡稱SLEDM）。

LED代替激光或電子束

基于LED的選擇性燒結(jié)（SLEDM），即利用高功率LED光源對金屬粉末進行選擇性熔化。該技術(shù)類似于選擇性激光熔煉（SLM）和電子束熔煉（EBM），即通過激光或電子束將金屬粉末熔化，并逐層堆積成零件。SLEDM解決了這些基于粉末床的制造工藝的兩個核心問題：大批量金屬部件的生產(chǎn)耗時和人工后處理耗時。

縮短3D打印時間

與SLM或EBM工藝不同，SLEDM工藝使用大功率LED光束來熔化金屬粉末。所使用的發(fā)光二極管是由西施蒂利亞照明專家Preworks公司特別改裝的，并配備了一個復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)；在熔化過程中，LED聚焦的直徑可以在0.05到20毫米之間輕松改變。這使得在單位時間內(nèi)LED可以熔化更大體積，而不會改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而將燃料電池或醫(yī)療器械等部件的生產(chǎn)時間平均縮短20倍。

△Preworks公司的傳統(tǒng)LED燈

縮短后處理時間

SLEDM技術(shù)與新設(shè)計的生產(chǎn)設(shè)備相結(jié)合，與其他金屬熔化設(shè)備不同的是，它從上到下打印部件。這樣一來，零件就暴露在粉末堆外面，成型缸內(nèi)所需的粉末量被減少到最低限度，并且在打印過程中可以進行必要的后處理。"目前一般的金屬3D打印方法通常需要進行耗時的后處理，例如磨平粗糙的表面和去除支撐結(jié)構(gòu)等，這些都不再是必要的，進一步節(jié)省了寶貴的時間。"Haas說。

應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展方向

格拉茨醫(yī)科大學(xué)的K-Project CAMed項目中，已經(jīng)有一個SLEDM工藝的設(shè)備在建造。2019年10月，第一個醫(yī)用3D打印實驗室在格拉茨醫(yī)科大學(xué)的K-Project CAMed項目中開設(shè)了一個醫(yī)用3D打印實驗室，生產(chǎn)相容性高的金屬植入物，由鎂合金制成的螺絲釘，用于治療骨折。這些植入物在骨折部位長在一起后，會在體內(nèi)溶解。因此不再需要進行第二次手術(shù)，給人減少二次傷害的壓力。得益于SLEDM技術(shù)，這種植入物的生產(chǎn)將可以直接在手術(shù)室中進行，因為 "LED燈對手術(shù)的危險性自然比強大的激光光源要小，"Haas說。

第二個重點是可持續(xù)移動性，即生產(chǎn)燃料電池的雙極板或電池系統(tǒng)的組件等部件。"我們想讓使用SLEDM的快速成型制造在電動汽車上應(yīng)用，并將SLEDM定位在這一研究領(lǐng)域的早期階段。"Haas說，在下一步的發(fā)展中，他將生產(chǎn)出這種3D金屬打印機的市場化產(chǎn)品，由格拉茨大學(xué)制造，在大學(xué)環(huán)境中的進一步創(chuàng)新。

SLEDM工藝是在FoE "移動性生產(chǎn) "Mobility & Production實驗室中開發(fā)的，這是格拉茨理工大學(xué)的五個科研重點之一。

在格拉茨理工大學(xué)，不同的研究小組正在研究快速成型制造工藝。生產(chǎn)工程研究所和材料科學(xué)、接合和成型研究所目前正在緊鑼密鼓地建立自己的快速成型制造實驗室AddLab@tugraz。

面曝光激光燒結(jié)代替SLS技術(shù)

南極熊聯(lián)想到，使用LED作為能量源，不但可以熔化金屬粉末材料而實現(xiàn)金屬3D打印，還可以熔化尼龍等聚合物材料。德國工業(yè)3D打印系統(tǒng)制造商EOS宣布在2018年引入“革命性的聚合物增材制造技術(shù)”LaserProFusion：近百萬個二極管激光器，排成陣列激光，瞬間一次性燒結(jié)粉末材料，從而實現(xiàn)類似光固化中的DLP 3D打印技術(shù)。

激光器陣列可以實現(xiàn)高達5千瓦的最大總輸出。對于每一層，只激活與該部件的CAD數(shù)據(jù)匹配的二極管激光器，打印出精確的像素。無論零件數(shù)量及其幾何形狀如何，新技術(shù)都可顯著縮短曝光時間。

3D打印領(lǐng)域，技術(shù)在不斷進步和完善。未來實現(xiàn)批量化高速高質(zhì)量生產(chǎn)，將會對制造業(yè)帶來巨大的影響和改變。請關(guān)注南極熊3D打印網(wǎng)的持續(xù)跟蹤。