廣州雷佳王迪：粉末床激光熔融增材制造準(zhǔn)備與工業(yè)應(yīng)用

2020年8月20日-21日,，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)在安徽蕪湖市舉行,，此次年會(huì)由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心,、安徽省經(jīng)濟(jì)和信息化廳,、蕪湖市人民政府指導(dǎo),，中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主辦,，繁昌縣人民政府協(xié)辦,，南極熊作為支持媒體對(duì)本次會(huì)議進(jìn)行了直播。

△廣州雷佳總經(jīng)理 王迪


在“中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇”上，廣州雷佳總經(jīng)理 王迪發(fā)表主題演講,，題目是《粉末床激光熔融增材制造準(zhǔn)備與工業(yè)應(yīng)用》,，以下是本場(chǎng)演講的現(xiàn)場(chǎng)速記，經(jīng)大會(huì)組委會(huì)授權(quán)發(fā)布,。

△視頻：王迪《粉末床激光熔融增材制造準(zhǔn)備與工業(yè)應(yīng)用》


王迪：我報(bào)告的內(nèi)容主要分成四個(gè)方面,。首先團(tuán)隊(duì)方面，我們團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人是楊永強(qiáng)教授,，還有其他四位年輕的老師,，我是其中之一，主要核心的是5個(gè)老師,，我們團(tuán)隊(duì)還有一個(gè)外專千人,，兩位優(yōu)秀的博士后，還有三十幾位學(xué)生,。我們的金屬增材研究工作包括四個(gè)方面：

• 粉末床金屬增材,，
• 等離子金屬增材，
• 激光送粉增材,，
• 激光的送粉增減材,。
  

粉末床金屬增材是我們最基礎(chǔ)的工作，也是最主要的,。

基于學(xué)校的研究成果,，我們成立了廣州的雷佳增材科技有限公司，并且進(jìn)行了產(chǎn)品的銷售,。公司有40多個(gè)人,。目前有十幾臺(tái)設(shè)備在做創(chuàng)新應(yīng)用。

主流的金屬增材制造技術(shù)主要是激光粉末床,、激光送粉成型,、電子束粉末床、還有等離子成型等,。

粉末床基本原理主要是激光傳輸,，剛才有專家周教授講的光纖激光器這一塊，我也是從光纖激光器從40多萬(wàn)一臺(tái)200瓦的,，到后來30萬(wàn)和20萬(wàn),，再多后來的十幾萬(wàn)，到現(xiàn)在的8萬(wàn),；進(jìn)口的也是激光傳輸,，聚焦了之后大概獲得50—100微米的光斑，鋪粉的粉末刷,、粉末柔性刷,，燒結(jié)后重新鋪一層粉末,，一層一層打印，這個(gè)是基本的原理,。


研發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù),，比如說軟件控制還有腔體里面的氣體循環(huán)，2007年在廣州瑞通的產(chǎn)業(yè)化合作的時(shí)候,，當(dāng)時(shí)就沒有氣體循環(huán)這個(gè)東西,，打完之后腔體就是黑糊糊的，零件打出來雖然漂亮,，但是打印完之后整個(gè)腔體黑乎乎的,；還有激光的精確控制,；還有柔性鋪粉,，柔性鋪粉這一塊行業(yè)里面都是用柔性的硅膠條；還有加工質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控這一塊的研究非常熱門,，國(guó)內(nèi)外這一塊是非常大的短板,，怎么實(shí)現(xiàn)加工過程并反饋仍然是非常重要的；還有大尺寸零件,，今年的TCT我們可以看到大尺寸是非常大的主流,；還有應(yīng)用的增長(zhǎng)點(diǎn)，這里面也有很多關(guān)鍵的技術(shù),。

像右上圖就是氣體循環(huán)比較差的,，打印完之后他整個(gè)玻璃窗都是黑的，當(dāng)然我們做激光加工制造腔體黑了之后還是挺危險(xiǎn)的——我們最近振鏡壞了好幾套,，因?yàn)榫劢沟溺R片發(fā)黑了之后對(duì)激光的吸收導(dǎo)致鏡面很熱,，長(zhǎng)期累積之后就壞掉了，所以腔體內(nèi)氣體循環(huán)效果還是很重要的,。

華南理工大學(xué)在設(shè)備研究開發(fā)做的工作,，從2004年開發(fā)了設(shè)備，在2007年的時(shí)候我們和廣州瑞通產(chǎn)業(yè)化合作,，后來在2011年的時(shí)候有商品化的設(shè)備在市場(chǎng)上推廣,，在軟件上面進(jìn)行了迭代和開發(fā)，其實(shí)軟件也是無止境的工作,，因?yàn)楣に囈�根�?jù)客戶的產(chǎn)品和要求不同的材料進(jìn)行改進(jìn),，所以對(duì)軟件就不停的提一些要求。那這里面很關(guān)鍵是路徑的規(guī)劃,，如何實(shí)現(xiàn)大尺寸零件的可控,，如何實(shí)現(xiàn)緊密尺寸零件的高精度成型都是非常重要的。

在軟件里面比較先進(jìn)的地方就是對(duì)每個(gè)零件,、每一層參數(shù)都是可以單獨(dú)控制的,，從激光參數(shù)到掃描方式都是一個(gè)零件的每一層,，因?yàn)槊看未蛴〉臅r(shí)候都是可以將很多零件一同打印，每一個(gè)零件的參數(shù)可以單獨(dú)設(shè)置的,。

因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在光纖激光器有兩種模式,，一個(gè)是連續(xù)模式，一個(gè)是調(diào)控模式,，調(diào)控模式就是調(diào)制�,，F(xiàn)在主流還是用連續(xù)激光，這個(gè)模式有一個(gè)好處,，就是在我們打印高溫合金的時(shí)候有一些鈦,、鋁含量比較高的情況下裂紋傾向是非常嚴(yán)重的，這個(gè)模式可以精確控制激光的能量,，有可能會(huì)解決高溫合金裂紋的問題,。在核心機(jī)械這一塊我們專利從實(shí)用到發(fā)明專利多軟件目前有300多項(xiàng)，從機(jī)械結(jié)構(gòu)還有軟件,、工藝和應(yīng)用,。

現(xiàn)在從事金屬增材制造各位老師都知道，國(guó)內(nèi)做3D打印的還是挺多家的,，各家各有優(yōu)勢(shì),，那這一塊我總結(jié)的我們這種設(shè)備特點(diǎn)，比如說第一項(xiàng)活塞整個(gè)全盤做的,，因?yàn)槲覀兘?jīng)常換粉,，就保證換粉的時(shí)候換的干凈，還有在軟件方面的,，還有過濾方面的效果,。

目前這個(gè)軟件已經(jīng)完全兼容了多種型號(hào)設(shè)備，包括從50到100,，到100E,，100E主要是定位在教育行業(yè)里面，DiMetal280,，300設(shè)備主要是多材料成型,，還有一些合作的面向和平材料的設(shè)備，還有目前的大尺寸的500設(shè)備,。因?yàn)榻饘俅蛴∷�打印完之后就跟傳統(tǒng)激光加工一樣,，他的精度的問題就是對(duì)不同的幾何特征都要進(jìn)行專門的成型規(guī)律的研究，這一塊也是做了大量的工作,，就分成薄板,、圓孔、傾斜角度等等這一些都有制造方面的工藝約束,，針對(duì)他成型圓孔打了之后圓的或者是不圓的,，讓我們?cè)趺丛诠に嚭吞崆霸O(shè)計(jì)的時(shí)候解決這些問題,，這個(gè)目前基本上都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一些方案的解決。

那這個(gè)里面還有精密的,，特別是微細(xì)結(jié)構(gòu)0.2毫米微結(jié)構(gòu)在激光的路徑規(guī)劃上面還有一個(gè)激光的延時(shí)上面要有精確的控制才能獲得想要的效果,。

目前從學(xué)校到產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，公司現(xiàn)在技術(shù)實(shí)現(xiàn)了6大領(lǐng)域的推廣,，在航空航天這方面做的少一些,，在汽車、醫(yī)療,、工業(yè)模具,、珠寶應(yīng)用、教育科研這一塊展開了大量的創(chuàng)新服務(wù),。接下來就是比較有特色的地方我與大家分享一下,。

第一個(gè)，桌面型的金屬3D打印設(shè)備,，這個(gè)挺有意思的,，在德國(guó)有一家企業(yè)Realizer公司曾經(jīng)推出來桌面型的金屬打印機(jī),，后來在全世界范圍那邊很少聽說,，但是我們推出來之后發(fā)現(xiàn)客戶還是要桌子，所以還是把桌面型改成小型的設(shè)備,，叫DiMetal50,，這個(gè)設(shè)備聚焦的光斑就比較細(xì)，尺寸就比較精細(xì),。

第二個(gè)是大尺寸的SLM設(shè)備的開發(fā),，因?yàn)檫@個(gè)是趨勢(shì)，在航空航天目前需求量還是挺大的,，今年年初之后這一塊發(fā)展很快,，我們?cè)谶@方面稍微晚了，像國(guó)內(nèi)的鉑力特,、易加三維,、華曙高科等公司推出了大型的設(shè)備，我們研究開發(fā)的是一款500的設(shè)備,。

這個(gè)設(shè)備現(xiàn)在剛推出來樣機(jī),，現(xiàn)在開發(fā)的是400×400和600×600的設(shè)備，現(xiàn)在是在做的過程當(dāng)中,，這個(gè)是在打印尺寸的樣件,，就是500×250，這個(gè)是500×250的幾何特征的典型樣件的測(cè)試,。

第三個(gè),，多種材料3D打印,，我個(gè)人當(dāng)時(shí)覺得市場(chǎng)可能比較小，推出后,，客戶那邊科研領(lǐng)域要求還挺多的,，目前賣了6—7臺(tái)設(shè)備在科研院所里面，這個(gè)可以實(shí)現(xiàn)最多一次四種材料的同時(shí)成型,，這個(gè)材料肯定要針對(duì)物性進(jìn)行分析,。這個(gè)是在軟件和送粉結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新，這個(gè)是在Z方向,，這個(gè)實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)來說比較容易,，就是Z字方向?qū)崿F(xiàn)不同的材料切換就可以了。這個(gè)是打印的樣件,。

當(dāng)然在XY方向的多材料目前在全世界所了解的都是非常少的,，就是在XY方向?qū)崿F(xiàn)不同材料的成型梯度成型學(xué)術(shù)方面還是可以的，這一塊工作是畢業(yè)的師兄在韶關(guān)學(xué)院跟我們有一些項(xiàng)目,。

第四,，銅的增材，我們發(fā)現(xiàn)銅合金的反射率特別高,，最近打印銅的時(shí)候就燒了一個(gè)振鏡,，可能他打印的件稍微大了一點(diǎn)，打印的時(shí)候工程師沒有看到發(fā)熱并一直在打印,，就將貴重的鏡子燒掉了,。銅合金打印，致密度基本上達(dá)到99%,，但是純銅目前還是打印難題,。有幾家公司打印純銅的效果目前是不錯(cuò)的，當(dāng)然我們純銅打印沒有完全解決,，但是我們跟深圳的一家公司準(zhǔn)備用藍(lán)光激光進(jìn)行金屬增材制造,。因?yàn)槲铱戳撕附有Ч�用藍(lán)光的話基本上可以實(shí)現(xiàn)無飛濺的焊接，所以這一塊技術(shù)還是值得期待的,，但是藍(lán)光效果有點(diǎn)差,，看看怎么解決。

工業(yè)應(yīng)用案例,，我們團(tuán)隊(duì)做的工業(yè)案例跟大家分享一下,。我們做的材料基本上是商品化的，大家都可以做,，只要你有設(shè)備和功率密度達(dá)到要求的話這些設(shè)備都可以做,，大家都是一樣的，看大家誰(shuí)的質(zhì)量和效率控制好,，誰(shuí)的后處理做的好,。


我們跟英國(guó)的公司用3D打印高附加值的過濾器,，比如說用打印耐熱、耐腐蝕的高溫合金的過濾器,。還有一個(gè)就是我們給有特殊的應(yīng)用行業(yè)也是叫過濾器載體,，也是很有意思的。還有微反應(yīng)器不同的液體在流道里面進(jìn)行攪拌,，攪拌出來之后就達(dá)到了非常好的混合效果,，這個(gè)也是面向珠三角市場(chǎng)開發(fā)的，這個(gè)就是反應(yīng)器通過大尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獲得更好的效果,。

這個(gè)是萬(wàn)能鑰匙案例,，就是從鑰匙傳統(tǒng)的加工鑰匙不是很美觀，當(dāng)時(shí)幫一個(gè)英國(guó)的鑰匙公司進(jìn)行開發(fā)的,，開發(fā)完之后我們看到最終的右下角的圖片,，后來一報(bào)價(jià)他跟傳統(tǒng)加工的價(jià)格相差有點(diǎn)大，后來就放下這個(gè)項(xiàng)目,，但是項(xiàng)目后來整理一下發(fā)了一篇論文,。這個(gè)是通過3D打印制造了我們自己設(shè)備上的門把手，這個(gè)是3D打印熱門之后很多人說3D打印我設(shè)備上關(guān)鍵零部件可不可以,，我們就找了門把手的零件,。還有模具這一塊，深圳光韻達(dá)深圳德科在這塊做了很多的工作,，我們也在這塊做了很多工作,，這個(gè)是直接打印模具，就是冷卻通道的模具,。

這個(gè)叫嫁接模具的打印，主要是為了節(jié)約成本,，因?yàn)橛行┠＞弑容^重的話在某些部位添加隨形的通道,，這塊我們把底座加工再用激光堆接的方式打的隨形的這一部分為客戶節(jié)約一些成本。這個(gè)也是另外的嫁接案例,。還有就是像比較有意思學(xué)生創(chuàng)新,，這個(gè)活動(dòng)當(dāng)時(shí)一起參加新加坡全世界3D打印的比賽，這個(gè)作品沒有拿獎(jiǎng),，另一個(gè)作品拿了特等獎(jiǎng)也是一個(gè)算盤打印完之后就可以直接活動(dòng)的珠子,。還有我們最近在做的銅合金，致密度可以達(dá)到98.88%,，因?yàn)楫?dāng)時(shí)客戶要的比較急所以給他先做了一下還有銅客戶的樣件,，這個(gè)是給客戶作為加工服務(wù)給他們提供建議，我就拍了一些,，還有在衛(wèi)浴里面的應(yīng)用,，這個(gè)是銅件,。

還有其他的應(yīng)用，比如說耳機(jī),、醫(yī)療的修復(fù),，還有在醫(yī)療上面的產(chǎn)品。這兩個(gè)是客戶,，但是具體應(yīng)用場(chǎng)合我不太清楚,，這個(gè)也是醫(yī)療件，這個(gè)是散熱的,，還有一個(gè)是香港的老師讓我們打印的薄壁件,，0.5毫米加工沒有問題的，但是打印這么大的0.5的毫米一打就變形,，后來就把他們加上了支撐的三格,，打印完之后割完還是變形的，但是這個(gè)老師還是挺感興趣的,。

基于我們的研究還有一些開發(fā),，我們也是把很多素材整理為專注的形式，像激光選區(qū)熔化,，還有金屬增材制造3D打印技術(shù)等,。最后總結(jié): SLM技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域還是非常迅速的，這幾年我都在一線這邊,，但是他仍然受限于效率還有尺寸范圍打印質(zhì)量的可靠性的問題,，下一步團(tuán)隊(duì)還是針對(duì)SLM打印范圍、智能化控制等問題進(jìn)一步研究開發(fā)與提升,，希望與我們的上游粉末,、下游應(yīng)用、科研探索等方面的供應(yīng)商和客戶保持良好的互動(dòng)交流與合作,。

謝謝大家,！