多年來 ，粉末床雷射選區熔融 (L-PBF) 金屬增材制造已從關鍵套用的原型設計發展到批次生產，並不斷面臨生產更復雜的幾何形狀、 滿足更高的品質要求及產量需求的挑戰。為應對這些挑戰，業界不僅需要創新的機器硬體，而且需要改進曝光策略並引入新的軟體功能。
在過去，工藝監測主要用於辨識成型過程中的中斷問題，然後將其與零部件特性相關聯。這些數據還可用於改進工藝參數或零部件方向，以便進行零部件成型的下一次叠代。
如今，工業級增材制造裝置企業EOS的成型控制軟體—Smart Fusion閉環智慧熔融技術將工藝監測提升到了全新水平。該軟體使用來自 EOSTATE Exposure 光學斷層掃描 (OT) 監控系統的影像來確定最佳能量輸入，從而管理零部件的熱特性。
© EOS
懸垂角為0且無需任何支撐結構的
航空航天燃料箱
I Launcher零部件的一般資訊及挑戰
EOS Smart Fusion 閉環智慧熔融技術實作工藝改進的典型案例之一是在 EOS M 300-4 金屬增材制造系統中用Ti6Al4V鈦合金生產Launcher火箭燃料箱。
該燃料箱是航天器推進系統的關鍵元件，用於儲存推動航天器進入太空的燃料。為進入太空，需要使用八個燃料箱為軌域衛星運載 工具和平台提供燃料。圖1顯示了透過EOS 技術增材制造的燃料箱模型以及連線在 EOS M 300-4 成型基板上的成型零部件。
圖1：Launcher燃料箱：增材制造模型、 3D打印零部件和帶有切割蓋的成品零部件
該零部件的成型主要面臨兩個挑戰：
1. 燃料箱蓋具有10°- 0° 的懸垂角度，以及需要盡可能少地使用支撐結構來生產該零部件。必須在滿足所有功能要求的同時解決這兩個挑戰 。該燃料箱的直徑為290mm，高度為400mm ，需要利用 EOS M 300-4 增材制造系統的全部成型空間。
2. 其壁厚小於3mm，在變形和幾何精度方面十分具有挑戰性。
圖2 顯示了該燃料箱的內部截面-無支撐結構的懸垂部份以黃色 （ 10 度） 和紅色 （0 度）高亮顯示。
圖2：Launcher 燃料箱的橫截面檢視 – 檢視蓋子的內部。黃色表示燃料箱的 10 度懸垂部份 ，紅色表示燃料箱的 0 度閉合部份
I 成型工藝
EOS 的Smart Fusion閉環智慧熔融工藝改進了熱管理，可在不產生人為延遲的情況下生產燃料箱 ，並且可以構建無支撐的10°-0 °懸垂部份 ， 而標準工藝只能構建30至40度的懸垂部份且在照射期間會產生額外的處理延遲。該燃料箱的支撐結構只是為了將其固定在基板上。 測試結果顯示，其表面光潔度均勻，沒有開放的表面孔隙且幾何形狀穩定 ， 如圖3所示。
圖：燃料箱的內壁表面和橫截面
大型葉輪的生產
使用 L-PBF 增材制造技術制造葉輪面臨一些挑戰：
→ 復雜設計的制造可行性
→ 表面光潔度
→ 包括後處理在內的單件成本
© 3D科學谷白皮書
I 零部件設計
該零部件采用特殊的實體支撐成型，以確保其具有抗變形穩定性，該零部件的重量為28kg，角度為 62.5°。只有角度小於5度的小區域才使用最小支撐線進行支撐。80μm IN625 工藝與EOS的Smart Fusion閉環智慧熔融工藝配合使用。整個成型過程耗時70小時，鋪粉較厚，是最具挑戰性的鋪粉裝置，旨在防止任何變形。
圖4：葉輪在 M 400-4上成型。該大型零部件的直徑約為 390 mm
圖5：該零部件不同位置的橫截面（未蝕刻）a) 全域，b) 上表皮，c) 下表皮 d) 芯部（來源：KSB）
Smart Fusion 閉環智慧熔融是全新的增材制造解決方案，可解決工程師和業界所面臨的多種挑戰。借助該技術，工程師能夠構建難以成型的幾何形狀、減少浪費並提高成品品質。這項新技術將在未來得到進一步發展、為行業帶來更大便利，並使工程師能夠創造出更加創新和復雜的設計。
→ 構建難以成型的幾何形狀
借助Smart Fusion，工程師能夠設計和制造具有復雜幾何設計的零部件 ，例如極端的懸垂結構、 極薄的內壁或圓頂結構 ，從而開辟全新的套用領域。
→ 對成型時間沒有負面影響
與其他解決方案不同，Smart Fusion不會影響成型時間。Smart Fusion 不會產生額外的等待或冷卻時間。
→ 提高機器利用率
Smart Fusion 減少了對支撐結構的需求，從而提高了機器利用率， 可以更高效地利用資源並降低生產成本。
→ 減少浪費
透過減少對支撐結構的需求，Smart Fusion 還減少了制造過程中產生的廢物量，既環保又具有成本效益。
→ 靈活設計
借助 Smart Fusion，工程師可以更加靈活地進行設計。這意味著可以針對更多套用開展生產制造並實作積極的業務案例，同時可以在不改變設計的情況下使更多傳 統套用變得更加可行。
→ 縮短產品上市時間
Smart Fusion 包含自動化功能，可幫助工程師更快地找到正確的參數 ， 從而縮短 新產品的上市時間，這對於需要保持競爭力的企業而言至關重要。
→ 降低單件成本
(CPP) 使增材制造對於供應鏈整合更具吸重力。該技術因此將在制造業中得到更廣泛的采用和更廣泛的使用。
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