發(fā)揮多激光生產(chǎn)優(yōu)勢,開啟增材制造無限可能
就創(chuàng)造性而論,當(dāng)然是“人多智廣”;但是對于金屬增材制造而言,四激光系統(tǒng)是否比單激光系統(tǒng)更勝一籌呢?事實(shí)勝于雄辯!雷尼紹增材制造產(chǎn)品部市場經(jīng)理Robin Weston先生,在本文中解釋了為什么全新RenAM 500Q四激光系統(tǒng)可大幅提高工作臺(tái)的生產(chǎn)效率。
RenAM 500Q的制程速度是單激光系統(tǒng)的4倍,有助于將金屬增材制造技術(shù)引入新行業(yè),為之前缺乏經(jīng)濟(jì)效益的應(yīng)用增添使用動(dòng)力。
增材制造驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)
RenAM 500Q的主要驅(qū)動(dòng)力 — 內(nèi)置創(chuàng)新型光學(xué)系統(tǒng)是雷尼紹各部門(控制部、軟件部和機(jī)械工程部)齊心協(xié)力為RenAM 500Q設(shè)計(jì)的關(guān)鍵組件。
摻鐿光纖激光束進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)后,由通過精密振鏡底座驅(qū)動(dòng)的四對掃描振鏡引導(dǎo),掃描振鏡旋轉(zhuǎn),引導(dǎo)激光束覆蓋在加工托盤的粉末上。光學(xué)系統(tǒng)也會(huì)動(dòng)態(tài)聚焦激光,不斷調(diào)整焦距,確保光束角度在平坦的工作區(qū)域內(nèi)發(fā)生變化時(shí)光斑尺寸保持不變。要在粉末床上實(shí)現(xiàn)高精度加工,需借助專業(yè)的光學(xué)和控制工程技術(shù);而這些技術(shù)經(jīng)過雷尼紹多年來在REVO®(用于坐標(biāo)測量機(jī))等產(chǎn)品上不斷研發(fā)改進(jìn),已經(jīng)非常成熟。
雷尼紹利用自有增材制造 (AM) 技術(shù)生產(chǎn)出RenAM 500Q的光學(xué)系統(tǒng)。采用該技術(shù)一方面可使掃描振鏡的封裝更加嚴(yán)密,另一方面還可以設(shè)計(jì)出內(nèi)部隨形冷卻水道,確保光學(xué)系統(tǒng)具有精確的熱穩(wěn)定性。雷尼紹在制程中利用增材制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了上述創(chuàng)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(shè)備所面臨的瓶頸問題。
光學(xué)系統(tǒng)從構(gòu)思到成品,離不開組合制造技術(shù)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(chǎn),對零件、增材制造支撐結(jié)構(gòu)及制造設(shè)計(jì)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。
釋放生產(chǎn)力
新型四激光系統(tǒng)在不增大工作臺(tái)尺寸的情況下,可將生產(chǎn)效率提升3倍之多。大型增材制造設(shè)備通常會(huì)面臨較多問題,包括:材料庫存的增加、重型基板的機(jī)械裝卸、較大工作區(qū)域內(nèi)保護(hù)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(chǎn)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(shè)備更具優(yōu)勢。目前,中型設(shè)備面臨的主要阻礙是激光器數(shù)量有限而降低生產(chǎn)效率。
用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 單激光系統(tǒng)19小時(shí)后的加工進(jìn)度
用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 雙激光系統(tǒng)19小時(shí)后的加工進(jìn)度
用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 四激光系統(tǒng)19小時(shí)后的加工進(jìn)度
RenAM 500Q以雷尼紹RenAM 500M單激光系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)為基礎(chǔ)開發(fā)而成,兩者均可用于批量生產(chǎn),但是存在一些明顯差異。最大的區(qū)別是RenAM 500Q有四個(gè)激光器,但是所有子系統(tǒng)都必須根據(jù)生產(chǎn)量的增加情況重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外,四個(gè)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(huì)增加濾芯(用于收集粉塵)等其他子系統(tǒng)的作業(yè)負(fù)擔(dān)。因此,雷尼紹的做法是在氣流中裝設(shè)一個(gè)熱轉(zhuǎn)換器來保持加工溫度的穩(wěn)定性,同時(shí)利用預(yù)過濾旋風(fēng)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(huán)利用率。
其他改進(jìn)措施包括改善整個(gè)加工區(qū)域的氣流穩(wěn)定性,顯著減少流程間的清潔作業(yè)量。RenAM 500Q在整個(gè)加工區(qū)域設(shè)置有四個(gè)激光器,因此保持光學(xué)系統(tǒng)和粉末床之間的精確位置關(guān)系也至關(guān)重要。工程技術(shù)的進(jìn)步有助于確保上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),這些進(jìn)步包括使用精密運(yùn)動(dòng)配件重新定位刷粉器、縮短設(shè)置時(shí)間以及提高重復(fù)精度等。
結(jié)構(gòu)緊湊,潛力巨大
要高效使用四個(gè)激光器,需進(jìn)行更多的前期規(guī)劃和工藝過程管理工作。最直接的切入點(diǎn)是讓每個(gè)激光器加工一個(gè)或一組獨(dú)立零件。如此一來,激光器便可并行作業(yè)。初步研究顯示,同時(shí)加工多個(gè)相鄰零件時(shí)需格外小心,因?yàn)榧庸ひ粋€(gè)零件排放的廢氣可能會(huì)影響另一個(gè)零件。結(jié)果表明,盡管加工出的零件表面光潔度存在一些細(xì)微差異,但總體而言,激光器并行作業(yè)是一種最容易管理的加工情形,也是推薦給大多數(shù)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(yīng)用場合。顯然,可以使用四個(gè)激光器加工同一個(gè)零件,并且由于雷尼紹RenAM 500Q的每個(gè)激光器都能覆蓋整個(gè)金屬粉末床,用戶因而可以選擇最優(yōu)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(gè)激光器經(jīng)過19個(gè)小時(shí)加工制成。它是一種理想的增材制造部件,在此種應(yīng)用情形中,其功能需求側(cè)重于熱穩(wěn)定性、防漏,以及幾何重復(fù)精度。振鏡底座不能承受較重的結(jié)構(gòu)載荷,因此組件測試僅限于驗(yàn)證功能性設(shè)計(jì)要求。
對于更具挑戰(zhàn)性的結(jié)構(gòu)零件,特別是在對安全性要求極高的應(yīng)用場合中使用的零件(例如航空航天、醫(yī)療保健和賽車運(yùn)動(dòng)等),大多數(shù)用戶都希望詳細(xì)了解多激光交互作用的影響,而這需要進(jìn)行更多的測試和評估。雷尼紹解決方案中心應(yīng)用計(jì)劃為潛在用戶提供此類測試和評估。
對于如何應(yīng)用多激光技術(shù),每個(gè)用戶都會(huì)有自己的見解:是利用這項(xiàng)技術(shù)提高業(yè)已成熟的增材制造應(yīng)用領(lǐng)域的生產(chǎn)效益,還是開拓能夠顯著提高生產(chǎn)效率的新市場和應(yīng)用領(lǐng)域?
如今增材制造已成為一項(xiàng)可行的批量生產(chǎn)技術(shù)。增材制造技術(shù)正積極拓展應(yīng)用到新的領(lǐng)域。這些領(lǐng)域不僅追求增材制造的技術(shù)效益,而且注重高質(zhì)量組件的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。
更重要的是,雷尼紹RenAM 500Q系統(tǒng)的生產(chǎn)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(qiáng)金屬增材制造的市場吸引力,為現(xiàn)有用戶創(chuàng)造更多收益?;氐狡椎膯栴},答案不言而喻,RenAM 500Q四激光系統(tǒng)確實(shí)是青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。
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