3.2 典型SLM成形设备《增材制造技术》教学课件

3D打印认知与实践3.2典型SLM成形设备问题导入叶轮是指装有动叶的轮盘，是汽轮机、压气机、水泵等精密设备的核心零件，传统加工方法为锻态圆柱形毛坯数控加工，材料利用率较低，单个金属叶轮的定制加工在价格上生产周期上都是难以接受的。如何采用SLM方法快速获得一个你设计的叶轮？问题导入01SLM成形设备基本构成一.典型SLM成形设备

SLM成形设备硬件简图如图3-6所示，主要由光路系统、粉末管理系统、气氛管理系统和气体净化系统四部分组成。下面以DMPFlex350设备为例对SLM设备结构进行讲解。1.SLM系统组成图3-6SLM成形设备简图一.典型SLM成形设备1.SLM系统组成（1）SLM典型设备

世界范围内已经有多家成熟的SLM设备制造商，包括德国EOS公司、SLMSolutions公司，3Dsystem公司；中国公司包括西安铂力特、华曙高科、鑫金合、汉邦等。上述厂家都开发出了不同型号的机型，包括不同的零件成形范围和针对不同领域的定制机型等，以适应市场的个性化需求。一.典型SLM成形设备1.SLM系统组成（2）光路系统

SLM方法主要依靠高能激光束对厚度为10-100µm金属粉末的快速熔化及凝固实现，因此激光源是SLM设备最核心也是最昂贵的元器件，也可以说大功率激光源的出现才有了SLM成形技术，目前SLM成形通常采用200-500W光纤激光器。光路系统主要为SLM成形提供足够熔化金属粉末的激光束以及控制激光束沿指定路径进行X/Y平面快速移动的功能，目标是长时间输出稳定具有较小的光斑范围和较高能量密度的能量源。如图3-6所示，光路系统一般包括高功率激光器、激光器水冷装置、扩束镜、扫描振镜等系统组成。图3-6SLM成形设备简图一.典型SLM成形设备1.SLM系统组成（3）粉末管理系统

粉末管理系统主要负责粉末材料的储存和铺粉工作。如图3-7，DMPFlex350的粉末管理系统包，1个成形缸、两个粉缸、刮刀（3-8）及滑轨、以及负责成形缸和两个粉缸上下移动的传动装置。小型设备一般用单粉缸送粉，而双粉缸可以一次容纳更多的材料，可以成形更大里的零件，双粉缸还可以实现双向送粉，可以加快打印速度，所以适用于大型设备。大多数SLM设备的粉末管理系统是集成在整个设备中的，DMPFlex350设备为了满足未来设备的7天24小时不间断工作，设计了可以与主机分离的粉末管理系统，这样可以将SLM成形的前处理以及后处理与SLM成形过程分离，充分提高SLM成形设备使用效率。

图3-7SLM粉末管理系统一.典型SLM成形设备1.SLM系统组成（4）气氛保护系统

激光将金属粉末熔化过程中极易与气氛中的其他元素发生反应，最常见的为氧化反应，发生氧化反应后SLM成形零件的力学性能会大幅下降，因此SLM设备中设备的密封性、成形腔内氧含量都是设备好坏的重要指标。为降低设备内含氧量，设备在成形前均会反复抽真空、通氩气，最终实现成形腔体的高气压，低含氧量，一般SLM设备要求成形过程中含氧量控制在100ppm以下，而DMPFlex350设备要求气压达到150mbar，氧含量降低到20ppm以下设备才能进行打印。

一般材料可以采用氮气保护，而像钛合金这样比较活泼的金属只能采用氩气作为保护气体。气氛保护系统主要包括：设备的密闭型腔、真空泵（图3-9）、保护气体，气体检测装置、控制阀等。一.典型SLM成形设备1.SLM系统组成（5）净化系统

在slm成形过程中，金属蒸气会逐渐冷凝成黑色烟尘，夹带的粉末烟尘会部分聚集在粉床表面，降低成形零件质量；烟尘也会影响激光束的折射和吸收，导致到达粉床表面的激光功率降低以及光束形状失真。因此，SLM成形设备需要设计合理的风场，即不能对金属粉末产生影响，又可以将所有黑色烟尘导入过滤装置。因此，净化系统包括风扇、分口、过滤系统等，如图5所示。02典型SLM成形设备一.典型SLM成形设备

3Dsystem公司的DMPFlex350设备成形如图3-5所示，是一款高性能金属增材制造系统，是一款全天候（7天/24小时）使用的工业级金属激光选区熔化3D打印设备，具备高吞吐量与高度可重复性，能制造难度较高的合金材料也能生产高品质的致密部件。DMPFlex350成形金属零件致密度可以达到近乎100%，可以打印不锈钢、钻铬合金、钴铬钼合金、马氏体钢、钛合金、纯钛、超级合金和铝合金等材料，设备主要参数如表3-1所示。1.3Dsystem公司Flex350一.典型SLM成形设备系统规格参数激光功率500W光斑直径65μm最大成形体积275x275x420mm表面粗糙度垂直方向（Z）5~10µm重复精度x=20µm,y=20µm,z=20µm典型精度±0.1-0.2%层厚10-100µm默认设置：30和60µm氧含量20ppm铺粉厚度10~100µm最大扫描速度7m/s最大成形效率35cm3/h送粉方式双粉仓供粉刮刀类型软刮刀（硅胶条）一.典型SLM成形设备

DMPFlex350独特的真空室概念使得氩气消耗量大大降低，同时显示出最佳的氧气纯度(<25ppm)。其结果是所生成部件的化学纯度异常高。封闭式的真空室设计不仅可以最大限度地提高粉末的重复使用率，而且还可以防止氩气气泡渗透到部件中。当使用该技术生产的部件经过热等静压后，其质量可与锻造部件相媲美。对于需要定期承受高压力的航空航天部件而言，这样的结果是必不可少的。”利用DMPFlex350金属3D打印机上的高重复性生产的具有优化流体流量的液压歧管。一.典型SLM成形设备

DMPFlex350配备的3DXpert软件是一款行业最强大的增材制造技术专用软件。

3DXpert软件是一款增材制造(AM)技术准备、优化并制造3DCAD模型的一体化集成式软件。从增材制造设计到后处理工作流程的每一步，3DXpert都能提供支持，实现打印数据的快速地准备和优化部件，还实现了流程简化，从而快速有效地将3D模型转化为成功打印的零部件，启用金属增材制造的快速设计以缩短生产时间和提高部件精度，最大程度地缩短优质打印部件的交付时间。一.典型SLM成形设备2.“铂”之重器——铂力特推出十激光器BLT-S800金属3D打印机

BLT-S800是铂力特重磅发布的新产品，该打印机配备十激光器，应用领域包括航空、航天、发动机、医疗、汽车、电子、模具、科研院所，材料支持钛合金、铝合金、高温合金、不锈钢、高强钢、模具钢，成形尺寸为800X800X600mm。具有大尺寸成形能力、多激光拼接和不间断粉末供应能力。多激光拼接即是采用“多点定位法”获取当前的激光位置信息，完成单振镜校正和多振镜拼接，一键式将各振镜旋转偏移值写入数据配置文件，完成校正工作。/s/pxCdP3tzYgsbCExoso_XDw一.典型SLM成形设备/s/pxCdP3tzYgsbCExoso_XDw（1）主要亮点A可提供6/8/10三种激光器配置方案B大尺寸成形能力，800*800*600mmC

多激光拼接校正D

不间断粉末供应E设备配备永久过滤系统，滤芯寿命长达10万小时以上一.典型SLM成形设备

铂力特展示了一尺寸为800mmX800mmX400mm的钛合金发动机集成件。该部件结构极其复杂，打印时间175小时，零件和基板的重量达567kg，其中零件为27kg。

该产品充分体现了增材制造产品的创新性设计理念及BLT大尺寸复杂多特征部件的加工工艺能力，展现了金属3D打印在航空航天领域的集成化、轻量化创新性设计及工程应用方面的突出优势。一.典型SLM成形设备3.湖南华曙高科技有限责任公司FS721M

湖南华曙高科技有限责任公司创建于2009年，是工业级3D打印技术的领航企业。开源系统、质量可追溯。华曙高科的所有设备均采用具有自主知识产权的全套3D打印操作系统。成形全过程质量可追，同时用户可自主调节成形参数，灵活选择高性能材料或第三方材料，以达到更佳的打印效果。高效安全、低使用成本。FS721M配备性气体保护下的高效粉末处理系统和循环过滤系统，在提高粉末利用率和生产安全性的同时有效降低使用八激光超高效率。FS721M拥有720*420*420mm成型缸尺寸，可配置八激光、八振镜并行，相对于双激光和四激光，打印效率和产能均得到显著提升。同时，通过智能切片算法及优异的风场设计，多激光协同扫描，确保成型质量。FS721M/s/D806en1uLDYMAKx8zB-Pmw一.典型SLM成形设备

EOSM400配备了四台400W的激光器，可打印大型零件，也可同时制造4个部件，比单激光系统生产效率提升四倍。

•四台400瓦精密光纤激光器分别在250mmx250mm的方形区域内运行，各区域之间有50mm的重叠区域。

•优异的光束和功率稳定性可确保打印出品质卓越的零部件。

•EOSM290中执行的所有工艺均可在EOSM400-4中实施，而且零部件性能相当。

•专利技术可确保加工过程中的气体控制始终如一，形成理想的成型条件。

•适合多种金属材料：可加工从轻金属到不锈钢和模具钢再到高温合金等的各种材料。

•工作流程和运行高度自动化，易于操作。

•具备丰富的监测功能，可确保工艺的高度稳定性和优异的零部件质量。

•直观的用户界面、灵活的软件工具和各种配套设备可完全满足工业生产要求。（4）EOSM400拓展部分

由于单光束SLM成形设备的适用范围较小，生产效率还较低，不能满足较大尺寸复杂构件的整体制造，但从航空、航天需求来看，对较大尺寸复杂构件的需求仍比较迫切，因此未来SLM设备将会向多光束，大成形尺寸、高制造效率方向发展，SLM除在钛合金、高温合金材料上应用外，还将向高熔点合金(如钨合金、铼铱合金等)以及陶瓷材料方向应用延伸，那么，目前的slm方法主要成形一种