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3D打印
工業(yè)軟件
隨著制造業(yè)不斷向智能化方向邁進(jìn)，3D打印作為一種革命性的增材制造技術(shù)，正在逐漸改變著傳統(tǒng)生產(chǎn)方式。也正因?yàn)槠浼夹g(shù)的逐漸成熟和成本的降低，金屬3D打印正越來(lái)越多地被應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，尤其是在航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，3D打印的各種定制化的金屬零部件正日益普遍。
激光選區(qū)熔化金屬3D打印
金屬3D打印，是以金屬粉末/絲材為原料，以高能束(激光束/電子束/電弧/等離子束等)作為能量源，配合適當(dāng)?shù)能浖c數(shù)控系統(tǒng)，將材料逐層熔化堆積，最終制造出高性能的金屬構(gòu)件的加工方式。
激光器作為實(shí)現(xiàn)金屬3D打印的一種能量源，有多種技術(shù)能通過(guò)激光實(shí)現(xiàn)金屬3D打印，比如激光選區(qū)熔化(SLM)、直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、激光工程凈成型(LENS)等。其中SLM打印性價(jià)比相對(duì)占優(yōu)，具備高致密度、高強(qiáng)度、高精度、高利用率的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)成本相對(duì)較低，技術(shù)發(fā)展成熟，是當(dāng)前金屬3D打印主流的解決方案。
激光選區(qū)熔化(SLM，Selective laser melting)主要適用于金屬粉末材料的3D打印，它按照三維CAD切片模型中規(guī)劃好的路徑，利用激光束在金屬粉末床層進(jìn)行逐層掃描，掃描過(guò)的金屬粉末經(jīng)過(guò)熔化、凝固達(dá)到冶金結(jié)合，最終獲得模型所設(shè)計(jì)的金屬零件。
SLM中國(guó)產(chǎn)激光器面臨的痛點(diǎn)
激光器作為3D打印上游的核心部件，其性能直接影響著最終產(chǎn)品的打印效果。
在激光選區(qū)熔化裝備中，最核心的部件就是單模光纖激光器。要想實(shí)現(xiàn)金屬零部件整體性能一致的高精度打印，激光器的性能必須能夠在長(zhǎng)工作時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定，這包括激光器的輸出功率、光束質(zhì)量、可靠性等指標(biāo)；因?yàn)?D打印的工件往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也可能較大，往往需要多臺(tái)激光器長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，任何微小的功率衰減都可能會(huì)對(duì)最終打印質(zhì)量帶來(lái)不利影響。
過(guò)去，國(guó)產(chǎn)激光器在性能穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)不盡人意，尤其是功率輸出方面，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)有一定衰減。這也是過(guò)去金屬3D打印用激光器長(zhǎng)期被國(guó)外廠商壟斷的原因。
寶辰鑫高穩(wěn)定性激光產(chǎn)品方案
為了解決在SLM應(yīng)用中國(guó)產(chǎn)激光器遭遇的痛點(diǎn)問(wèn)題，確保激光器輸出功率長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，寶辰鑫激光借助創(chuàng)鑫激光器件平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化激光器在光學(xué)、電路、結(jié)構(gòu)等方面的設(shè)計(jì)，很好地保證了激光功率長(zhǎng)時(shí)間輸出的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)激光器相比，在光束質(zhì)量(M2<1.1)、響應(yīng)速度(10μs)、穩(wěn)定性(±1%)和體積(IU，減小2/3)等方面實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步突破，為行業(yè)客戶提供更多可靠的降本增效選擇。
寶辰鑫依托創(chuàng)鑫激光垂直整合的資源優(yōu)勢(shì)，已實(shí)現(xiàn)95%以上的核心器件自主研發(fā)生產(chǎn)，并且性能達(dá)到世界先進(jìn)水平。
根據(jù)3D打印行業(yè)特性，寶辰鑫提供專用激光器及配套子系統(tǒng)，涵蓋多功率段選擇(300W、500W、1000W、500/4000W等)，同時(shí)有單模/多模可調(diào)光斑設(shè)計(jì)，高質(zhì)量高穩(wěn)定的光學(xué)特性，結(jié)合先進(jìn)靈動(dòng)的外觀設(shè)計(jì)，支持大型結(jié)構(gòu)件及復(fù)雜細(xì)節(jié)的打印，可滿足多類型的3D打印實(shí)際生產(chǎn)場(chǎng)景需求；并能從以下多個(gè)維度為客戶提供選項(xiàng)：
(1)提升電光轉(zhuǎn)化效率。高效能的電光轉(zhuǎn)換最高可達(dá)40%，不僅降低了能源消耗，減少了打印過(guò)程中的熱量積累，也為客戶節(jié)約生產(chǎn)成本。
(2)提升打印效率及穩(wěn)定性。激光器功率從0%-100%開(kāi)啟時(shí)間，控制在不大于10μs，是傳統(tǒng)激光器開(kāi)啟時(shí)間的1/10，有效提高實(shí)際加工效率。在穩(wěn)定性方面，短時(shí)功率穩(wěn)定性為±1%，長(zhǎng)時(shí)功率穩(wěn)定性為±2%，確保打印過(guò)程中的熔化和固化可靠、高質(zhì)量。
(3)優(yōu)化機(jī)型尺寸，增加接口和通信功能。在功能不變的情況下，激光器整個(gè)尺寸是標(biāo)準(zhǔn)的1U機(jī)箱，相對(duì)于傳統(tǒng)的單模連續(xù)光纖激光器優(yōu)化了近2/3，節(jié)約設(shè)備/產(chǎn)線空間，幫助客戶更易集成、降本。操作簡(jiǎn)單、調(diào)試便捷，豐富的接口和支持總線通信，極大提升了客戶的集成度。
(3)提供單模/多模可調(diào)模式，保障打印質(zhì)量。為解決3D打印成形質(zhì)量痛點(diǎn)，寶辰鑫3D打印專用雙光束(單模/多模可調(diào))激光器，以單模/多模靈活可調(diào)的模式來(lái)應(yīng)對(duì)：?jiǎn)文？蓪?shí)現(xiàn)小光斑高能量光束，多模可實(shí)現(xiàn)均勻能量分布，不同打印區(qū)域可選擇不同光斑模式(高斯/勻化)。同時(shí)，雙光束打印過(guò)程飛濺少，融化的材料被導(dǎo)向熔池底部，有助于融化過(guò)程氣體排出，保障成形質(zhì)量。
實(shí)際應(yīng)用
寶辰鑫3D打印專用激光器已經(jīng)在業(yè)界廣泛部署。在長(zhǎng)三角某大型增材企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，搭載寶辰鑫3D打印專用激光器的金屬3D打印設(shè)備，正在穩(wěn)定運(yùn)行中。作為國(guó)內(nèi)最早一批投身3D打印激光器細(xì)分應(yīng)用研發(fā)的廠商之一，寶辰鑫早在2018年就開(kāi)啟了細(xì)分市場(chǎng)研究，貼近細(xì)分客戶的真實(shí)需求場(chǎng)景，研發(fā)高性價(jià)比的行業(yè)專用激光器產(chǎn)品。
在某金屬和尼龍高端增材制造應(yīng)用項(xiàng)目中，客戶為國(guó)內(nèi)某超大型工業(yè)級(jí)金屬增材制造(3D打印)設(shè)備制造商，其行業(yè)應(yīng)用覆蓋航空航天、醫(yī)療齒科、骨科、新能源、模具等多個(gè)領(lǐng)域，設(shè)備出口歐美及海外各國(guó)家占比近50%。客戶對(duì)打印質(zhì)量、打印精度、打印穩(wěn)定性等各方面工藝標(biāo)準(zhǔn)極高，對(duì)激光器的性能指標(biāo)要求也就極高。寶辰鑫3D打印激光器以高光束質(zhì)量(M2<1.1)、穩(wěn)定性在±1.5%，響應(yīng)速度控制在10μs內(nèi)的高標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)了客戶上線測(cè)試驗(yàn)證，現(xiàn)已在終端現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。
結(jié)語(yǔ)
寶辰鑫基于激光選區(qū)熔化SLM的3D打印專用光纖激光器，不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊、光束質(zhì)量高、可靠性高的特點(diǎn)，而且其基于器件整合、光學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，可以很好地保證激光功率長(zhǎng)時(shí)間輸出的穩(wěn)定性，從而保證工件的打印質(zhì)量。
目前，寶辰鑫3D打印激光產(chǎn)品方案以其高性能、穩(wěn)定性、廣泛適用性和易于集成等特點(diǎn)，在增材制造市場(chǎng)中占據(jù)了重要的地位，并在航空航天、汽車制造、模具制造、醫(yī)療器械及3C等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，裝機(jī)量在國(guó)產(chǎn)激光器中屬于先進(jìn)水平。下一步，寶辰鑫將針對(duì)3D打印行業(yè)客戶對(duì)激光系統(tǒng)的應(yīng)用需求，以更加完善、綜合的激光解決方案，與客戶共研共創(chuàng)，推動(dòng)3D打印工藝改善、技術(shù)進(jìn)步。
中國(guó)作為全球最大的制造業(yè)市場(chǎng)之一，對(duì)3D打印技術(shù)的需求巨大，并且隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，這一需求還將持續(xù)增長(zhǎng)。從標(biāo)準(zhǔn)激光器產(chǎn)品，到差異化的激光產(chǎn)品方案，寶辰鑫深入了解市場(chǎng)和行業(yè)客戶的需求，研發(fā)出更符合市場(chǎng)需求的3D打印激光產(chǎn)品方案，推動(dòng)3D打印的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件國(guó)產(chǎn)化，打破國(guó)外對(duì)高品質(zhì)激光器的壟斷。
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