广州雷佳王迪:粉末床激光熔融增材制造准备与工业应用

3D打印直播
2020
08/26
10:23
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2020年8月20日-21日,中国增材制造产业发展芜湖(繁昌)高峰论坛暨2020年中国增材制造产业年会在安徽芜湖市举行,此次年会由工业和信息化部装备工业发展中心、安徽省经济和信息化厅、芜湖市人民政府指导,中国增材制造产业联盟主办,繁昌县人民政府协办,南极熊作为支持媒体对本次会议进行了直播。

1.jpg △广州雷佳总经理 王迪


在“中国增材制造产业发展芜湖(繁昌)高峰论坛”上,广州雷佳总经理 王迪发表主题演讲,题目是《粉末床激光熔融增材制造准备与工业应用》,以下是本场演讲的现场速记,经大会组委会授权发布。

△视频:王迪《粉末床激光熔融增材制造准备与工业应用》


王迪:我报告的内容主要分成四个方面。首先团队方面,我们团队负责人是杨永强教授,还有其他四位年轻的老师,我是其中之一,主要核心的是5个老师,我们团队还有一个外专千人,两位优秀的博士后,还有三十几位学生。我们的金属增材研究工作包括四个方面:
  • 粉末床金属增材,
  • 等离子金属增材,
  • 激光送粉增材,
  • 激光的送粉增减材。


粉末床金属增材是我们最基础的工作,也是最主要的。

基于学校的研究成果,我们成立了广州的雷佳增材科技有限公司,并且进行了产品的销售。公司有40多个人。目前有十几台设备在做创新应用。

主流的金属增材制造技术主要是激光粉末床、激光送粉成型、电子束粉末床、还有等离子成型等。

粉末床基本原理主要是激光传输,刚才有专家周教授讲的光纤激光器这一块,我也是从光纤激光器从40多万一台200瓦的,到后来30万和20万,再多后来的十几万,到现在的8万;进口的也是激光传输,聚焦了之后大概获得50—100微米的光斑,铺粉的粉末刷、粉末柔性刷,烧结后重新铺一层粉末,一层一层打印,这个是基本的原理。


研发中的关键技术,比如说软件控制还有腔体里面的气体循环,2007年在广州瑞通的产业化合作的时候,当时就没有气体循环这个东西,打完之后腔体就是黑糊糊的,零件打出来虽然漂亮,但是打印完之后整个腔体黑乎乎的;还有激光的精确控制;还有柔性铺粉,柔性铺粉这一块行业里面都是用柔性的硅胶条;还有加工质量的实时监控这一块的研究非常热门,国内外这一块是非常大的短板,怎么实现加工过程并反馈仍然是非常重要的;还有大尺寸零件,今年的TCT我们可以看到大尺寸是非常大的主流;还有应用的增长点,这里面也有很多关键的技术。

像右上图就是气体循环比较差的,打印完之后他整个玻璃窗都是黑的,当然我们做激光加工制造腔体黑了之后还是挺危险的——我们最近振镜坏了好几套,因为聚焦的镜片发黑了之后对激光的吸收导致镜面很热,长期累积之后就坏掉了,所以腔体内气体循环效果还是很重要的。

华南理工大学在设备研究开发做的工作,从2004年开发了设备,在2007年的时候我们和广州瑞通产业化合作,后来在2011年的时候有商品化的设备在市场上推广,在软件上面进行了迭代和开发,其实软件也是无止境的工作,因为工艺要根据客户的产品和要求不同的材料进行改进,所以对软件就不停的提一些要求。那这里面很关键是路径的规划,如何实现大尺寸零件的可控,如何实现紧密尺寸零件的高精度成型都是非常重要的。

在软件里面比较先进的地方就是对每个零件、每一层参数都是可以单独控制的,从激光参数到扫描方式都是一个零件的每一层,因为每次打印的时候都是可以将很多零件一同打印,每一个零件的参数可以单独设置的。

因为我们现在光纤激光器有两种模式,一个是连续模式,一个是调控模式,调控模式就是调制。现在主流还是用连续激光,这个模式有一个好处,就是在我们打印高温合金的时候有一些钛、铝含量比较高的情况下裂纹倾向是非常严重的,这个模式可以精确控制激光的能量,有可能会解决高温合金裂纹的问题。在核心机械这一块我们专利从实用到发明专利多软件目前有300多项,从机械结构还有软件、工艺和应用。

现在从事金属增材制造各位老师都知道,国内做3D打印的还是挺多家的,各家各有优势,那这一块我总结的我们这种设备特点,比如说第一项活塞整个全盘做的,因为我们经常换粉,就保证换粉的时候换的干净,还有在软件方面的,还有过滤方面的效果。

目前这个软件已经完全兼容了多种型号设备,包括从50到100,到100E,100E主要是定位在教育行业里面,DiMetal280,300设备主要是多材料成型,还有一些合作的面向和平材料的设备,还有目前的大尺寸的500设备。因为金属打印他打印完之后就跟传统激光加工一样,他的精度的问题就是对不同的几何特征都要进行专门的成型规律的研究,这一块也是做了大量的工作,就分成薄板、圆孔、倾斜角度等等这一些都有制造方面的工艺约束,针对他成型圆孔打了之后圆的或者是不圆的,让我们怎么在工艺和提前设计的时候解决这些问题,这个目前基本上都已经实现了一些方案的解决。

那这个里面还有精密的,特别是微细结构0.2毫米微结构在激光的路径规划上面还有一个激光的延时上面要有精确的控制才能获得想要的效果。

目前从学校到产业化平台,公司现在技术实现了6大领域的推广,在航空航天这方面做的少一些,在汽车、医疗、工业模具、珠宝应用、教育科研这一块展开了大量的创新服务。接下来就是比较有特色的地方我与大家分享一下。

第一个,桌面型的金属3D打印设备,这个挺有意思的,在德国有一家企业Realizer公司曾经推出来桌面型的金属打印机,后来在全世界范围那边很少听说,但是我们推出来之后发现客户还是要桌子,所以还是把桌面型改成小型的设备,叫DiMetal50,这个设备聚焦的光斑就比较细,尺寸就比较精细。

第二个是大尺寸的SLM设备的开发,因为这个是趋势,在航空航天目前需求量还是挺大的,今年年初之后这一块发展很快,我们在这方面稍微晚了,像国内的铂力特、易加三维、华曙高科等公司推出了大型的设备,我们研究开发的是一款500的设备。

这个设备现在刚推出来样机,现在开发的是400×400和600×600的设备,现在是在做的过程当中,这个是在打印尺寸的样件,就是500×250,这个是500×250的几何特征的典型样件的测试。

第三个,多种材料3D打印,我个人当时觉得市场可能比较小,推出后,客户那边科研领域要求还挺多的,目前卖了6—7台设备在科研院所里面,这个可以实现最多一次四种材料的同时成型,这个材料肯定要针对物性进行分析。这个是在软件和送粉结构进行了创新,这个是在Z方向,这个实现起来相对来说比较容易,就是Z字方向实现不同的材料切换就可以了。这个是打印的样件。

当然在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方向实现不同材料的成型梯度成型学术方面还是可以的,这一块工作是毕业的师兄在韶关学院跟我们有一些项目。

第四,铜的增材,我们发现铜合金的反射率特别高,最近打印铜的时候就烧了一个振镜,可能他打印的件稍微大了一点,打印的时候工程师没有看到发热并一直在打印,就将贵重的镜子烧掉了。铜合金打印,致密度基本上达到99%,但是纯铜目前还是打印难题。有几家公司打印纯铜的效果目前是不错的,当然我们纯铜打印没有完全解决,但是我们跟深圳的一家公司准备用蓝光激光进行金属增材制造。因为我看了焊接效果用蓝光的话基本上可以实现无飞溅的焊接,所以这一块技术还是值得期待的,但是蓝光效果有点差,看看怎么解决。

工业应用案例,我们团队做的工业案例跟大家分享一下。我们做的材料基本上是商品化的,大家都可以做,只要你有设备和功率密度达到要求的话这些设备都可以做,大家都是一样的,看大家谁的质量和效率控制好,谁的后处理做的好。


我们跟英国的公司用3D打印高附加值的过滤器,比如说用打印耐热、耐腐蚀的高温合金的过滤器。还有一个就是我们给有特殊的应用行业也是叫过滤器载体,也是很有意思的。还有微反应器不同的液体在流道里面进行搅拌,搅拌出来之后就达到了非常好的混合效果,这个也是面向珠三角市场开发的,这个就是反应器通过大尺寸结构设计获得更好的效果。

这个是万能钥匙案例,就是从钥匙传统的加工钥匙不是很美观,当时帮一个英国的钥匙公司进行开发的,开发完之后我们看到最终的右下角的图片,后来一报价他跟传统加工的价格相差有点大,后来就放下这个项目,但是项目后来整理一下发了一篇论文。这个是通过3D打印制造了我们自己设备上的门把手,这个是3D打印热门之后很多人说3D打印我设备上关键零部件可不可以,我们就找了门把手的零件。还有模具这一块,深圳光韵达深圳德科在这块做了很多的工作,我们也在这块做了很多工作,这个是直接打印模具,就是冷却通道的模具。

这个叫嫁接模具的打印,主要是为了节约成本,因为有些模具比较重的话在某些部位添加随形的通道,这块我们把底座加工再用激光堆接的方式打的随形的这一部分为客户节约一些成本。这个也是另外的嫁接案例。还有就是像比较有意思学生创新,这个活动当时一起参加新加坡全世界3D打印的比赛,这个作品没有拿奖,另一个作品拿了特等奖也是一个算盘打印完之后就可以直接活动的珠子。还有我们最近在做的铜合金,致密度可以达到98.88%,因为当时客户要的比较急所以给他先做了一下还有铜客户的样件,这个是给客户作为加工服务给他们提供建议,我就拍了一些,还有在卫浴里面的应用,这个是铜件。

还有其他的应用,比如说耳机、医疗的修复,还有在医疗上面的产品。这两个是客户,但是具体应用场合我不太清楚,这个也是医疗件,这个是散热的,还有一个是香港的老师让我们打印的薄壁件,0.5毫米加工没有问题的,但是打印这么大的0.5的毫米一打就变形,后来就把他们加上了支撑的三格,打印完之后割完还是变形的,但是这个老师还是挺感兴趣的。

基于我们的研究还有一些开发,我们也是把很多素材整理为专注的形式,像激光选区熔化,还有金属增材制造3D打印技术等。最后总结: SLM技术在工业应用领域还是非常迅速的,这几年我都在一线这边,但是他仍然受限于效率还有尺寸范围打印质量的可靠性的问题,下一步团队还是针对SLM打印范围、智能化控制等问题进一步研究开发与提升,希望与我们的上游粉末、下游应用、科研探索等方面的供应商和客户保持良好的互动交流与合作。

谢谢大家!




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