永年激光：1米超大平面型和抬升式桌面型3D金屬打印SLM設(shè)備取得雙突破

即將過去的2020年是極不平凡的一年,，在新冠肺炎疫情沖擊下,，全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不確定性、不穩(wěn)定性增加,，給我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)帶來了巨大沖擊,。面對(duì)危機(jī)，永年公司全體員工在原清華大學(xué)教授顏永年為領(lǐng)軍人物的帶領(lǐng)下，不怕腳下艱難,，只為心中夢(mèng)想,，向上突破挑戰(zhàn)，向下接地氣,，頂天立地,，攻堅(jiān)克難，勇攀科技高峰,，勇闖3D打印新天地,。

△清華大學(xué)教授顏永年

向上突破挑戰(zhàn)，首創(chuàng)超大型激光3D金屬打印SLM設(shè)備

增材制造（也稱為3D打�,。┘夹g(shù)集物理,、化學(xué)、光學(xué),、機(jī)電,、材料、控制,、信息等多學(xué)科于一體,，已列入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。過去30年全球3D打印市場(chǎng)年平均增長率30%,，2019年總收入達(dá)到120億美元,。在全球產(chǎn)值超過10億美元的制造企業(yè)100%有3D打印技術(shù)部門和3D打印技術(shù)應(yīng)用。如波音在美國建立20多個(gè)3D打印中心或工廠,，2017年首個(gè)3D打印零件獲得FAA取證,，超過600000個(gè)3D打印零件在民用航空器上服役。GE公司采用3D金屬打印技術(shù)制造LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴嘴和GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片等7大類304個(gè)零件,，布局新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)制高點(diǎn),。近年來，3D打印發(fā)展迅速,，在航空航天等高精尖領(lǐng)域不斷開拓創(chuàng)新,，將傳統(tǒng)加工與智能化技術(shù)融為一體，將會(huì)為這些行業(yè)帶來深遠(yuǎn)影響和重大變革,。

輕量化結(jié)構(gòu),，特別是大型輕量化結(jié)構(gòu)是航天、航空,、輕量化汽車,、輕量化高鐵的重要需求之一，隨著航空航天等領(lǐng)域的急速發(fā)展,，大型化及超大型化SLM工藝發(fā)展提到了日程,，現(xiàn)行SLM工藝的不足日益顯現(xiàn),。大型和超大型的SLM設(shè)備不是小型設(shè)備的簡單尺寸放大，面臨的技術(shù)難關(guān)很多,，比如：多激光束協(xié)同描掃,，拼接和協(xié)同難度增大；風(fēng)場(chǎng)控制,、過濾,、送粉、清粉等難度均增大,；隨成形高度的增加，重型活塞縱向寸動(dòng)（如負(fù)荷達(dá)10 噸,，20~80μm精確位移,，重復(fù)4萬次），難度很大,。尤其是所需研發(fā)資金巨大,，在國內(nèi)外也是重大技術(shù)挑戰(zhàn)，因此,，研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)極大,。

高科技和重大技術(shù)裝備是買不來、討不來,，等不來的,。不創(chuàng)新發(fā)展是等死，創(chuàng)新失敗是找死,。南極熊了解到,，面對(duì)挑戰(zhàn)，全體永年人堅(jiān)定信心,、銳意改革創(chuàng)新,，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)精神,，克服無數(shù)困難,，熬過無數(shù)夜晚，一串串?dāng)?shù)據(jù),、一項(xiàng)項(xiàng)改進(jìn),、一次次突破，終于在世界上首先研發(fā)成功——掃描面積達(dá)1000mm,，4激光器,、3工位、超大型,、高精度SLM先進(jìn)設(shè)備,，并且成功中標(biāo)國內(nèi)重大技術(shù)裝備合同單臺(tái)標(biāo)的達(dá)2000萬元。充分彰顯永年激光積極面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，主動(dòng)對(duì)接國家重大技術(shù)需求,，突出“硬核”科技,，勇于攻堅(jiān)克難，實(shí)現(xiàn)在逆境中突破和反轉(zhuǎn),。

YLM-1000設(shè)備聚焦航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高端制造領(lǐng)域的重大需求,，滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī),、醫(yī)療器械,、燃料電池等復(fù)雜功能結(jié)構(gòu)件成形制造的需要，為國內(nèi)首臺(tái)生產(chǎn)型超大掃描面積的增材制造SLM工藝之設(shè)備,，在國內(nèi)增材制造領(lǐng)域具有重大意義和引領(lǐng)作用,。
1、多激光束4~16束（4激光束高功率1000~5000W）,、3工位（成形和清粉分離）,、協(xié)同掃描和精準(zhǔn)配合，實(shí)現(xiàn)300小時(shí)連續(xù)作業(yè),，提高成形速度,。
2、超大型激光熔化成形能力(Φ1000*800mm3)是制造航空發(fā)動(dòng)機(jī),、燃?xì)廨啓C(jī),、衛(wèi)星、火箭等關(guān)鍵零部件的重要利器,。
3,、自主研發(fā)的高精度、重載10噸的垂直驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),，每次垂直向下位移的距離為20~80μm,，精度5μm（0.005mm），重復(fù)2萬次不得有累積誤差,。

△YLM-1000打印的直徑800mm（兩個(gè)零件中尺寸略小的）的金屬件

△YLM-1000打印的直徑860mm的金屬件視頻,，南極熊拍攝

向下接地氣，工于心,、匠于行,，首創(chuàng)抬升式桌面型3D金屬打印機(jī)

我國各工業(yè)、科研和教學(xué)領(lǐng)域急需桌面型的大成形體積,、可變粉體,、高精度的3D金屬打印設(shè)備。所謂3D金屬打印桌面機(jī),，是指設(shè)計(jì)精巧,，結(jié)構(gòu)緊湊,、可變成形粉體、精度好,、成形效率高而具有足夠大的掃描成形空間大的微小型設(shè)備,。其設(shè)計(jì)和制造難度高，須有長期從事3D金屬打印設(shè)備生產(chǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)來完成,。

然而目前,，國內(nèi)外的桌面型和小型金屬成形機(jī)，或成形體積太�,。�50x50x50mm）,、或機(jī)器體積太大、或成形粉體不可變,，或精度有待提高,。江蘇永年激光成形技術(shù)有限公司在積近10年在選區(qū)激光熔化（SLM）開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用該公司的多項(xiàng)國家專利,，完成桌面型金屬成形機(jī)的開發(fā)（成形尺寸160x160x200mm ）,。

新型桌面機(jī)由成形主機(jī),、過濾器,、控制柜和冷水機(jī)組成，如圖,。

△YLM-160桌面金屬3D打印系統(tǒng)

桌面型3D金屬打印設(shè)備絕不是低端產(chǎn)品的代名詞,，采用了永年激光的國家發(fā)明專利“型-形技術(shù)”，即M/S——Model/Shape技術(shù),完成從SLM到SLM-M/S的技術(shù)提升,，經(jīng)過大量的卓越的開發(fā)工作,，順利完成我國第一個(gè)超大成形粉體的金屬桌面機(jī)的生產(chǎn)。

首臺(tái)（套）抬升式桌面型3D金屬打印機(jī),，摒棄傳統(tǒng)的SLM設(shè)備的成形缸系統(tǒng),，有效地降低用戶的使用成本，可廣泛地應(yīng)用教學(xué),、科研和工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域,。

工業(yè)領(lǐng)域：注塑模和吹塑模小型插件等，工業(yè)用金屬結(jié)構(gòu)件,，其成形空間應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50mm立方,，應(yīng)達(dá)到160x160x200mm 的水平；
醫(yī)療器械：體內(nèi)外假肢和關(guān)節(jié),、齒科義齒等,；
科研領(lǐng)域：材料研究需小型可變粉體的3D金屬打印設(shè)備，以節(jié)省寶貴的測(cè)試金屬粉末,；由于實(shí)驗(yàn)室面積的限制,，研究領(lǐng)域更傾向小型機(jī)或桌面機(jī),；
教學(xué)領(lǐng)域：高等學(xué)校的實(shí)訓(xùn)、技師和技工培訓(xùn)和競技大賽等對(duì)桌面機(jī)的需求是很迫切的,。

△YLM-160桌面金屬系統(tǒng)打印的鋁合金光柵

△YLM-160桌面金屬系統(tǒng)打印的鋁合金光柵視頻,，南極熊拍攝

堅(jiān)持自主創(chuàng)新，鍛造企業(yè)核心競爭力

SLM: Selective laser melting（選擇性激光熔化）是3D金屬打印的一種主要技術(shù)途徑,。這項(xiàng)技術(shù)的工作原理是選用激光作為能量源,，按照三維CAD 切片模型中規(guī)劃好的路徑在金屬粉末床層進(jìn)行逐層掃描（20μm~80μm厚的金屬粉末微層），掃描過的金屬粉末通過熔化,、凝固從而達(dá)到冶金結(jié)合的效果,，然后逐層累積成型出三維實(shí)體，最終獲得模型所設(shè)計(jì)的金屬零件,。SLM技術(shù)克服了傳統(tǒng)技術(shù)制造具有復(fù)雜形狀的金屬零件帶來的困擾,，它能直接成形出近乎全致密且力學(xué)性能良好的金屬零件。

因此,，成形缸系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)微粉頂層制造及數(shù)萬微粉層的精密疊加,，保證SLM工藝的實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前,，國內(nèi)外主流設(shè)備商普遍采用成形缸系統(tǒng)在SLS和SLM工藝中應(yīng)用了30多年,，對(duì)中小型的成型件簡易可行，數(shù)十年中,，因成形件不大,，矛盾不大，但隨作大型和超大型SLM的出現(xiàn),，其弊端日益顯現(xiàn),，比如：缸筒的約束剛性過大，造成“大缸干小活”,，且不易取件,；又如：活塞與缸筒是導(dǎo)向付的關(guān)系，容易引發(fā)“卡缸”等問題,。最突出的問題是傳統(tǒng)SLM技術(shù)的粉材浪費(fèi)及其其嚴(yán)重,，現(xiàn)有成形缸-活塞SLM技術(shù)，只有不到 20%被熔化轉(zhuǎn)變成零件,；未熔化的粉末雖然可以被回收處理后再使用,，但因氧化和流動(dòng)性下降等原因，復(fù)用 5-10 次后,，粉末不能再用,，必須更換新粉末；粉末價(jià)格高,，是同等重量棒材價(jià)格的 10-20 倍,。從典型的3D打印產(chǎn)品的成本分析,，原材料占20-30%，設(shè)備折舊占40-50%,，由此可見,，設(shè)備和粉末的國產(chǎn)化、節(jié)約粉末和減低使用成本是3D打印應(yīng)用的瓶頸之一,。

用戶的痛點(diǎn),，就是改進(jìn)和創(chuàng)新的目標(biāo)。永年激光在近10年SLM設(shè)備開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,，不走仿制老路,，銳意進(jìn)取、勇于創(chuàng)新,，錨定高質(zhì)量發(fā)展,，形成了一批最新技術(shù)成果，并新增多項(xiàng)國家發(fā)明專利,，通過更換“型板”,、“形臺(tái)”和“伸縮筒”，即可更換粉體,，實(shí)現(xiàn)“大件大粉體”,，“小件小粉體”，提高了成形效率,，節(jié)省寶貴的粉末,。同時(shí),，無成形缸的限制,，可以從形板上直接取出成形件，大大簡化了設(shè)備的結(jié)構(gòu),，取件十分方便,，特別適合超大型3D金屬打印重型設(shè)備。

此外,，永年公司具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成形控制軟件和數(shù)據(jù)處理分層軟件,，特別適合具有保密資質(zhì)的軍工企業(yè)。其特點(diǎn)如下：

1,、根據(jù)模型幾何形狀自動(dòng)排版,，排除零件干涉。
2,、可自動(dòng)生成模型支撐,，支撐參數(shù)可由用戶自定義，支撐參數(shù)兼顧可靠性和后續(xù)易去除性,。用戶還可根據(jù)自身需求任意添加或刪減支撐,。
3,、根據(jù)保護(hù)氣體的流向排列掃描次序，零件掃描順序可以與保護(hù)氣流的方向進(jìn)行匹配,。
4,、Z方向可分段設(shè)置層厚和激光工藝參數(shù)，且同一成形任務(wù)中,，可在成形方向分段設(shè)置不同層厚和工藝參數(shù),，助于工藝開發(fā)以及復(fù)合材料成形工藝的研究，提供了3D打印更廣闊的工藝成形空間,，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域,。
5、模型標(biāo)記編號(hào),，層片數(shù)據(jù)的模型編號(hào)標(biāo)記,，以實(shí)現(xiàn)成形時(shí)中止個(gè)別模型繼續(xù)打印。
6,、隔層掃描,，可選隔層掃描支撐數(shù)據(jù)，提升效率,。
7,、掃描策略可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇和設(shè)置，可采用分區(qū)填充策略（條形,，塊狀）,，鄰層填充線夾角變換。
8,、掃描路徑動(dòng)畫模擬,，方便查看具體路徑規(guī)劃效果。

補(bǔ)足短板,、解決痛點(diǎn),，讓用戶敢用國產(chǎn)設(shè)備、會(huì)用國產(chǎn)設(shè)備,、用好國產(chǎn)設(shè)備,。

永年，既是品牌,，更是信任和責(zé)任

面對(duì)不斷變化的國內(nèi)外環(huán)境,，在國家部署實(shí)施制造強(qiáng)國的背景下，永年激光銳意持續(xù)創(chuàng)新,，筑牢核心競爭力,，以創(chuàng)新之鑰，破解發(fā)展難題。公司實(shí)施“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的發(fā)展戰(zhàn)略”,，分別與中國工程院吳澄院士,、中國科學(xué)院葛昌純?cè)菏亢献鞴步ㄆ髽I(yè)院士工作站和3D金屬打印科研創(chuàng)新平臺(tái)，曾先后與中科院電子學(xué)所,、中科院寧波材料研究所,、清華大學(xué)、石家莊鐵道大學(xué),、昆明理工大學(xué)等科研院所建立了10個(gè)協(xié)同創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,。公司擁有國家發(fā)明專利授權(quán)17項(xiàng)、實(shí)用新型專利授權(quán)10項(xiàng),，獲得軟件著作權(quán)4項(xiàng),，注冊(cè)商標(biāo)14項(xiàng)，參與起草地方標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng),，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng),，管理體系認(rèn)證5項(xiàng)，CE產(chǎn)品認(rèn)證2項(xiàng),。2014年獲得第三屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽先進(jìn)制造行業(yè)第二名,，2015年獲得江蘇省高新技術(shù)企業(yè)稱號(hào)，2016年獲得江蘇省重大技術(shù)裝備首臺(tái)套和“專,、精,、特”產(chǎn)品認(rèn)證，2017年獲得江蘇機(jī)械科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng),，2018年獲得江蘇省最具成長性高科技企業(yè)100強(qiáng)和中國3D打印行業(yè)最具投資價(jià)值20強(qiáng),，2020年獲得中國宿遷科技大賽一等獎(jiǎng)和江蘇省中小企業(yè)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽三等獎(jiǎng)。

永年激光運(yùn)用市場(chǎng)化機(jī)制打通科技成果轉(zhuǎn)化最后一公里,，完成從桌面型到小中大型,、再到超大型的金屬成形系列化設(shè)備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，跑出企業(yè)發(fā)展的加速度,，實(shí)現(xiàn)銷售收入比2019年增長50%,，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,。

俗話說：沒有金剛鉆,，不攬瓷器活；栽下梧桐樹,，引得鳳凰來,。中國一重、中航重機(jī),、航天科工等央企領(lǐng)導(dǎo)紛紛前來永年公司調(diào)研,、考察和交流。已是耄耋之年的顏教授堅(jiān)定地對(duì)大家說,，需要定制化設(shè)備找永年,，需要產(chǎn)學(xué)研協(xié)同攻關(guān)找永年,。永年，既是品牌,，更是信任和責(zé)任,。