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寿谴,四激光系統(tǒng)是否比單激光系統(tǒng)更勝一籌呢?事實勝于雄辯搜痕!雷尼紹增材制造產(chǎn)品部市場經(jīng)理Robin Weston先生细咽,在本文中解釋了為什么全新RenAM 500Q四激光系統(tǒng)可大幅提高工作臺的生產(chǎn)效率。
RenAM 500Q的制程速度是單激光系統(tǒng)的4倍绍撇,有助于將金屬增材制造技術(shù)引入新行業(yè)喷融,為之前缺乏經(jīng)濟效益的應(yīng)用增添使用動力。
增材制造驅(qū)動創(chuàng)新設(shè)計
RenAM 500Q的主要驅(qū)動力 — 內(nèi)置創(chuàng)新型光學(xué)系統(tǒng)是雷尼紹各部門(控制部夯架、軟件部和機械工程部)齊心協(xié)力為RenAM 500Q設(shè)計的關(guān)鍵組件淹摧。
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)動的四對掃描振鏡引導(dǎo)批痘,掃描振鏡旋轉(zhuǎn)钾抛,引導(dǎo)激光束覆蓋在加工托盤的粉末上。光學(xué)系統(tǒng)也會動態(tài)聚焦激光舌恬,不斷調(diào)整焦距衣夏,確保光束角度在平坦的工作區(qū)域內(nèi)發(fā)生變化時光斑尺寸保持不變。要在粉末床上實現(xiàn)高精度加工坠行,需借助專業(yè)的光學(xué)和控制工程技術(shù)匙蚣;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)等產(chǎn)品上不斷研發(fā)改進(jìn),已經(jīng)非常成熟改艇。
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)收班。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)計出內(nèi)部隨形冷卻水道谒兄,確保光學(xué)系統(tǒng)具有精確的熱穩(wěn)定性摔桦。雷尼紹在制程中利用增材制造技術(shù)實現(xiàn)了上述創(chuàng)新,因此RenAM 500Q的加工效率大幅提升承疲,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邻耕。
光學(xué)系統(tǒng)從構(gòu)思到成品,離不開組合制造技術(shù)的使用燕鸽;具體方法是將損耗性加工托盤作為成品部件的組成部分兄世,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啊研。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)御滩,對零件、增材制造支撐結(jié)構(gòu)及制造設(shè)計進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化悲伶。
釋放生產(chǎn)力
新型四激光系統(tǒng)在不增大工作臺尺寸的情況下艾恼,可將生產(chǎn)效率提升3倍之多候妻。大型增材制造設(shè)備通常會面臨較多問題锨耍,包括:材料庫存的增加执摆、重型基板的機械裝卸、較大工作區(qū)域內(nèi)保護氣體的效率平俩、資金成本的增加以及占地面積的增大等缅叔。要生產(chǎn)大型零件,必須消化這些不利因素泡缠,但就市場吸引力而言趟蛋,中型設(shè)備更具優(yōu)勢。目前鼎示,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)效率同嚷。
用于RenAM 500Q的振鏡底座 — 單激光系統(tǒng)19小時后的加工進(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)虫店,但是存在一些明顯差異甫知。最大的區(qū)別是RenAM 500Q有四個激光器,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)計愁霞。此外诡蜓,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胰挑,會增加濾芯(用于收集粉塵)等其他子系統(tǒng)的作業(yè)負(fù)擔(dān)蔓罚。因此,雷尼紹的做法是在氣流中裝設(shè)一個熱轉(zhuǎn)換器來保持加工溫度的穩(wěn)定性瞻颂,同時利用預(yù)過濾旋風(fēng)分離器來分離小顆粒與大顆粒粉末豺谈,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)措施包括改善整個加工區(qū)域的氣流穩(wěn)定性贡这,顯著減少流程間的清潔作業(yè)量核无。RenAM 500Q在整個加工區(qū)域設(shè)置有四個激光器,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)重要藕坯。工程技術(shù)的進(jìn)步有助于確保上述目標(biāo)的實現(xiàn)团南,這些進(jìn)步包括使用精密運動配件重新定位刷粉器、縮短設(shè)置時間以及提高重復(fù)精度等炼彪。
結(jié)構(gòu)緊湊吐根,潛力巨大
要高效使用四個激光器,需進(jìn)行更多的前期規(guī)劃和工藝過程管理工作辐马。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拷橘。如此一來,激光器便可并行作業(yè)蔚芥。初步研究顯示拨臂,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(jié)果表明基际,盡管加工出的零件表面光潔度存在一些細(xì)微差異痛慷,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袍砚,也是推薦給大多數(shù)用戶使用的入門方法樱炬。
除此之外,在多激光加工過程中槐伍,選擇哪種加工方式主要取決于具體應(yīng)用場合择绘。顯然,可以使用四個激光器加工同一個零件凌红,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混砸,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硬纤,由四個激光器經(jīng)過19個小時加工制成努释。它是一種理想的增材制造部件,在此種應(yīng)用情形中咬摇,其功能需求側(cè)重于熱穩(wěn)定性伐蒂、防漏,以及幾何重復(fù)精度肛鹏。振鏡底座不能承受較重的結(jié)構(gòu)載荷逸邦,因此組件測試僅限于驗證功能性設(shè)計要求。
對于更具挑戰(zhàn)性的結(jié)構(gòu)零件在扰,特別是在對安全性要求極高的應(yīng)用場合中使用的零件(例如航空航天缕减、醫(yī)療保健和賽車運動等),大多數(shù)用戶都希望詳細(xì)了解多激光交互作用的影響芒珠,而這需要進(jìn)行更多的測試和評估桥狡。雷尼紹解決方案中心應(yīng)用計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)皱卓,每個用戶都會有自己的見解:是利用這項技術(shù)提高業(yè)已成熟的增材制造應(yīng)用領(lǐng)域的生產(chǎn)效益裹芝,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可行的批量生產(chǎn)技術(shù)娜汁。增材制造技術(shù)正積極拓展應(yīng)用到新的領(lǐng)域臀匹。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)濟效益油后。
更重要的是挠站,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容书,這意味著零件單位成本有所降低恃藐,必將有助于增強金屬增材制造的市場吸引力眶蹈,為現(xiàn)有用戶創(chuàng)造更多收益∽酝希回到篇首的問題雹了,答案不言而喻,RenAM 500Q四激光系統(tǒng)確實是青出于藍(lán)而勝于藍(lán)虫犀。
關(guān)于雷尼紹
雷尼紹是世界領(lǐng)先的工程科技公司之一,在精密測量和醫(yī)療保健領(lǐng)域擁有專業(yè)技術(shù)肪援。公司向眾多行業(yè)和領(lǐng)域提供產(chǎn)品和服務(wù) — 從飛機引擎证莺、風(fēng)力渦輪發(fā)電機制造,到口腔和腦外科醫(yī)療設(shè)備等堕义。此外猜旬,它還在全球增材制造(也稱3D打印)領(lǐng)域居領(lǐng)導(dǎo)地位倦卖,是英國唯一一家設(shè)計和制造工業(yè)用增材制造設(shè)備(通過金屬粉末“打印”零件)的公司洒擦。
雷尼紹集團目前在36個國家/地區(qū)設(shè)有80個分支機構(gòu),員工逾5,000人怕膛,其中3,000余名員工在英國本土工作熟嫩。公司的大部分研發(fā)和制造均在英國本土進(jìn)行,在截至2017年6月的2017財年褐捻,雷尼紹實現(xiàn)了6.115億英鎊的銷售額掸茅,其中95%來自出口業(yè)務(wù)。公司最大的市場為中國柠逞、美國昧狮、德國和日本。
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(雷尼紹)
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