發揮多激光生產優勢，開啟增材制造無限可能
2019-4-25 來源：雷尼紹 作者：-
就創造性而論，當然是“人多智廣”；但是對于金屬增材制造而言，四激光系統是否比單激光系統更勝一籌呢？事實勝于雄辯！雷尼紹增材制造產品部市場經理Robin Weston先生，在本文中解釋了為什么全新RenAM 500Q四激光系統可大幅提高工作臺的生產效率。
使用不同數量的激光系統在一周內生產的RenAM 500Q用振鏡底座。
RenAM 500Q的制程速度是單激光系統的4倍，有助于將金屬增材制造技術引入新行業，為之前缺乏經濟效益的應用增添使用動力。
增材制造驅動創新設計
RenAM 500Q的主要驅動力 — 內置創新型光學系統是雷尼紹各部門（控制部、軟件部和機械工程部）齊心協力為RenAM 500Q設計的關鍵組件。
摻鐿光纖激光束進入光學系統后，由通過精密振鏡底座驅動的四對掃描振鏡引導，掃描振鏡旋轉，引導激光束覆蓋在加工托盤的粉末上。光學系統也會動態聚焦激光，不斷調整焦距，確保光束角度在平坦的工作區域內發生變化時光斑尺寸保持不變。要在粉末床上實現高精度加工，需借助專業的光學和控制工程技術；而這些技術經過雷尼紹多年來在REVO®（用于坐標測量機）等產品上不斷研發改進，已經非常成熟。
雷尼紹利用自有增材制造 (AM) 技術生產出RenAM 500Q的光學系統。采用該技術一方面可使掃描振鏡的封裝更加嚴密，另一方面還可以設計出內部隨形冷卻水道，確保光學系統具有精確的熱穩定性。雷尼紹在制程中利用增材制造技術實現了上述創新，因此RenAM 500Q的加工效率大幅提升，解決了目前占市場主流的中型增材制造設備所面臨的瓶頸問題。
光學系統從構思到成品，離不開組合制造技術的使用；具體方法是將損耗性加工托盤作為成品部件的組成部分，這樣不僅可以減少耗材量，還可以減少從托盤上移除零件所需的加工步驟。位于斯塔福德郡的雷尼紹增材制造解決方案中心針對批量生產，對零件、增材制造支撐結構及制造設計進行了進一步優化。
釋放生產力
新型四激光系統在不增大工作臺尺寸的情況下，可將生產效率提升3倍之多。大型增材制造設備通常會面臨較多問題，包括：材料庫存的增加、重型基板的機械裝卸、較大工作區域內保護氣體的效率、資金成本的增加以及占地面積的增大等。要生產大型零件，必須消化這些不利因素，但就市場吸引力而言，中型設備更具優勢。目前，中型設備面臨的主要阻礙是激光器數量有限而降低生產效率。
用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 單激光系統19小時后的加工進度
用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 雙激光系統19小時后的加工進度
用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 四激光系統19小時后的加工進度
RenAM 500Q以雷尼紹RenAM 500M單激光系統的系統架構為基礎開發而成，兩者均可用于批量生產，但是存在一些明顯差異。最大的區別是RenAM 500Q有四個激光器，但是所有子系統都必須根據生產量的增加情況重新進行設計。此外，四個激光器在增材制造過程中對粉塵的處理能力也非常重要。如果通過提高氣體流通量和氣流速度來解決這一問題，會增加濾芯（用于收集粉塵）等其他子系統的作業負擔。因此，雷尼紹的做法是在氣流中裝設一個熱轉換器來保持加工溫度的穩定性，同時利用預過濾旋風分離器來分離小顆粒與大顆粒粉末，從而延長濾芯壽命并提高粉末的循環利用率。
其他改進措施包括改善整個加工區域的氣流穩定性，顯著減少流程間的清潔作業量。RenAM 500Q在整個加工區域設置有四個激光器，因此保持光學系統和粉末床之間的精確位置關系也至關重要。工程技術的進步有助于確保上述目標的實現，這些進步包括使用精密運動配件重新定位刷粉器、縮短設置時間以及提高重復精度等。
結構緊湊，潛力巨大
要高效使用四個激光器，需進行更多的前期規劃和工藝過程管理工作。最直接的切入點是讓每個激光器加工一個或一組獨立零件。如此一來，激光器便可并行作業。初步研究顯示，同時加工多個相鄰零件時需格外小心，因為加工一個零件排放的廢氣可能會影響另一個零件。結果表明，盡管加工出的零件表面光潔度存在一些細微差異，但總體而言，激光器并行作業是一種最容易管理的加工情形，也是推薦給大多數用戶使用的入門方法。
除此之外，在多激光加工過程中，選擇哪種加工方式主要取決于具體應用場合。顯然，可以使用四個激光器加工同一個零件，并且由于雷尼紹RenAM 500Q的每個激光器都能覆蓋整個金屬粉末床，用戶因而可以選擇最優化的加工策略。
雷尼紹RenAM 500Q的振鏡底座就是采用增材制造方法，由四個激光器經過19個小時加工制成。它是一種理想的增材制造部件，在此種應用情形中，其功能需求側重于熱穩定性、防漏，以及幾何重復精度。振鏡底座不能承受較重的結構載荷，因此組件測試僅限于驗證功能性設計要求。
對于更具挑戰性的結構零件，特別是在對安全性要求極高的應用場合中使用的零件（例如航空航天、醫療保健和賽車運動等），大多數用戶都希望詳細了解多激光交互作用的影響，而這需要進行更多的測試和評估。雷尼紹解決方案中心應用計劃為潛在用戶提供此類測試和評估。
對于如何應用多激光技術，每個用戶都會有自己的見解：是利用這項技術提高業已成熟的增材制造應用領域的生產效益，還是開拓能夠顯著提高生產效率的新市場和應用領域？
如今增材制造已成為一項可行的批量生產技術。增材制造技術正積極拓展應用到新的領域。這些領域不僅追求增材制造的技術效益，而且注重高質量組件的生產經濟效益。
更重要的是，雷尼紹RenAM 500Q系統的生產效率提升3倍之多，而初始資本投資只是適度地增加，這意味著零件單位成本有所降低，必將有助于增強金屬增材制造的市場吸引力，為現有用戶創造更多收益。回到篇首的問題，答案不言而喻，RenAM 500Q四激光系統確實是青出于藍而勝于藍。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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