是什么原因?qū)е铝硕嗉す獯蛴�機效率變低？

市場上的大多數(shù)3D打印機最初設計是用于快速原型制作。然而，隨著行業(yè)的成熟發(fā)展，連續(xù)生產(chǎn)的使用案例變得更加可行，公司開始最大限度地提高增材制造的投資回報比。從設計高性能的單體零件，自動化車間，開發(fā)新材料到優(yōu)化每臺機器的參數(shù)以提高速度、質(zhì)量和性能。

自2015年SLM Solutions首次推出雙激光系統(tǒng)以來，多激光設備的數(shù)量迅速增加。從那時起，越來越多的原始設備制造商 (OEM)、機器制造商和企業(yè)開始為生產(chǎn)定制自己的3D打印機，增加更多的激光數(shù)量以提高生產(chǎn)力。

當涉及激光粉床熔融 (LPBF) 和直接金屬激光燒結 (DMLS) 時，大多數(shù)用戶認為更多的激光數(shù)量應該自然而然地會提高速度和生產(chǎn)力，但事實并非如此。仍然存在的挑戰(zhàn)是如何在保持高質(zhì)量輸出的同時有效地分配工作負載以提高生產(chǎn)力。找到合適的建模處理軟件來優(yōu)化每個激光器的能力變得尤為重要。

在生產(chǎn)車間的重要發(fā)現(xiàn)

Materialise Software的市場解決方案架構師Johan Troukens表示：“根據(jù)我的經(jīng)驗，我認為許多機器的使用效率并不高。人們認為增加更多激光數(shù)量應該就可以提高生產(chǎn)、研發(fā)或其他項目的速度和生產(chǎn)力，但事實并非如此。我們需要一種能夠以高效的方式來最大化激光器利用率的技術。否則，這些系統(tǒng)就是非常低效的。”

例如，一臺四個激光器的3D打印機在生產(chǎn)過程中可能只用到了3.2個激光器的效果。這就是為什么在3D打印機中增加更多激光器并不能提高生產(chǎn)效率的原因。

為了最大化激光器利用率的問題，需要考慮以下三個主要因素：

1.有效應用激光器負載分配

2.縮短3D打印時間

3.確保打印輸出的質(zhì)量

對于多激光器打印機的低效運行，這種處理結果將嚴重降低機器的總體設備運行效率 (OEE)。這就引出了一個問題：如何優(yōu)化這些價值數(shù)十萬到數(shù)百萬美元的3D打印機的產(chǎn)出？

“負載均衡器”可以充分發(fā)揮多激光金屬3D打印機的能力。作為切片處理器軟件開發(fā)工具包 (BP SDK) 的一部分，負載均衡器的可配置算法允許用戶調(diào)整每個激光的參數(shù)，這是其他類似的3D打印負載均衡器軟件所不具備的技術。

BP SDK讓用戶能夠立即上手的解決方案或開發(fā)適用于其特定生產(chǎn)需求的切片處理器。這種靈活性對于研發(fā)人員、工藝工程師或任何對調(diào)整多激光3D打印機以提高效率感興趣的人來說都是非常有吸引力的。

Materialise Software的工程研發(fā)經(jīng)理Michele Pavan表示：“負載均衡器相比傳統(tǒng)多激光系統(tǒng)可提高約25%的生產(chǎn)效率。這意味著不再浪費時間和資源來處理過熱、氣體遮擋光束以及飛濺物落在未掃描的構建平臺區(qū)域等問題。”

克服激光分布的困難

Materialise Software的產(chǎn)品經(jīng)理Brecht Pellens表示：“3D打印行業(yè)正在轉(zhuǎn)向可持續(xù)和高效的方向以減少碳排放和能源消耗。公司需要改善盈利能力，同時生產(chǎn)出高性能的零部件，以確保競爭優(yōu)勢。這種發(fā)展的重要部分在于在滿足質(zhì)量標準的同時，最大化從每個操作中獲得的價值。”

以下幾個案例可以解釋如何克服與激光負載分配相關的問題，最大限度地利用和釋放負載均衡器的多激光機器的全部潛力。

1 通過控制每個激光器來實現(xiàn)最佳負載分配

負載均衡器的算法通過考慮氣體流動和霧區(qū)，以防止激光之間的干擾并確保能量均勻分布，從而簡化了平衡每個激光的負載任務。它通過計算每個激光的最佳負載，考慮所有過程和用戶約束條件，來分配文件的工具路徑。在所有激光器之間路徑會被優(yōu)化，從而顯著提高生產(chǎn)力。

2 配置霧區(qū)以優(yōu)化氣體流動，提高質(zhì)量并避免在下風處加工

管理控制質(zhì)量是復雜的，特別是對于多激光系統(tǒng)來說。激光通常會產(chǎn)生霧和氣體，這些煙霧會朝著設定的氣體流動方向運動。在這些霧區(qū)中的煙霧可能會遮擋彼此附近工作的激光，降低它們的效率。通過優(yōu)化氣體流動并避免下風處加工，可以配置霧區(qū)來改善質(zhì)量。

此外，當激光器在封閉空間中工作時，它們會釋放多余的能量，可能對熔池和零件質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。通過計算每個激光器的霧區(qū)，算法可以優(yōu)化復雜的排序，例如決定首先掃描哪些矢量塊，在遵循優(yōu)先級的情況下以避免逆風和霧區(qū)處理。這有助于保持激光束的質(zhì)量，防止它們之間的干擾，同時確保能量分布均勻。

如果處理的不恰當，粉床上的松散粉末還會進一步影響打印品的質(zhì)量。為了避免飛濺、氣體遮擋光束和過熱，負載均衡器可以模擬氣流，確保激光永遠不會掃描到另一個激光束的氣流中。

3 將生產(chǎn)力和質(zhì)量融合，實現(xiàn)高質(zhì)量的打印

“負載均衡器的吸引之處在于它可以確保每個激光器在不產(chǎn)生不利影響的情況下保持優(yōu)越的工作狀態(tài)，從而提高處理速度，同時保持構建質(zhì)量，”米歇爾說道。

多個激光器靠得太近會引入過多的能量，降低打印的整體質(zhì)量，因為這可能導致零件中的多孔性和鎖孔缺陷。通過負載均衡器，需要精確而均勻的能量沉積，以增強對激光束的控制，實現(xiàn)高質(zhì)量的結果。

此外，負載均衡器可以引入向量塊分割，這是在用戶輸入的基礎上的下一層細粒度。通常一層至少包含一個向量塊。然而算法可以將較大的向量塊分割為更小的塊，從而增加了層的細粒度，使負載在所有激光器上更均衡分布。這種技術的優(yōu)勢是，整體分布可以進一步微調(diào)以提高3D打印機的效率。

生產(chǎn)時間沒有被優(yōu)化的一個原因是激光在打印零件時可能進行的跳躍次數(shù)過多。通過波段限制每個激光器的作用區(qū)域，減少跳躍的次數(shù)。這有助于提高整體生產(chǎn)效率，并減少同一零件上工作的激光器之間的密切交互。

最后，在負載均衡器中的混合模式選項，允許用戶選擇是由單個激光器掃描部分，還是通過算法優(yōu)化以在不同激光器之間分配矢量。這可以進一步優(yōu)化負載分配。

“只需點擊幾下即可設置參數(shù)。如果你有任何需求，也可以根據(jù)需要自定義和微調(diào)每個參數(shù)的細節(jié)”，Brecht說。

優(yōu)化多激光3D打印機，為您的LPBF生產(chǎn)而設計

優(yōu)化多激光3D打印機可能是增加金屬3D打印生產(chǎn)力、同時降低成本和交貨時間的絕佳方式——如果掃描路徑策略設計得正確。然而用戶甚至制造商并沒有充分利用這些設備，因為他們沒有投資在正確的軟件上。

負載均衡器是解決您多激光打印機問題的一個選擇。將此模塊作為BP SDK的一部分或您自己的切片處理器使用，從而降低開發(fā)成本并加快上市時間，為創(chuàng)新開辟新道路，此外，負載均衡器可通過我們的CO-AM軟件平臺上的機器管理器直接訪問。

"無論您是想要調(diào)整應用細節(jié)參數(shù)的工藝工程師，還是對技術不太熟悉并更喜歡簡化集成方法的用戶，負載均衡器快速且簡便的使用體驗都非常適合。這種自動化制造工具是一個改變游戲規(guī)則的工具：它充分利用您的制造資源的全部能力，將您的運營轉(zhuǎn)化為有形的結果，"Johan說道。