大族激光刘旭飞：SLM增材制造技术的应用

2020年8月20日-21日，中国增材制造产业发展芜湖（繁昌）高峰论坛暨2020年中国增材制造产业年会在安徽芜湖市举行，此次年会由工业和信息化部装备工业发展中心、安徽省经济和信息化厅、芜湖市人民政府指导，中国增材制造产业联盟主办，繁昌县人民政府协办，南极熊作为支持媒体对本次会议进行了直播。

在“中国增材制造产业发展芜湖（繁昌）高峰论坛”上，大族激光3D激光加工产品中心副总经理刘旭飞发表主题演讲，题目是《SLM增材制造技术的应用》，以下是本场演讲的现场速记，经大会组委会授权发布。

△视频：刘旭飞《SLM增材制造技术的应用与发展》

刘旭飞：各位领导、各位专家，下午好。下面我对大族激光在SLM增材制造技术的应用做一个简单的介绍。

大族激光智能装备集团主要从事中高功率的激光切割、焊接、3D打印、激光清洗、自动化生产线，以及激光器、数控系统、功能部件等激光智能装备以及核心器件的研发、制造、销售与服务。

大族激光智能装备集团是大族激光科技产业集团下面的一个子集团，一共有19个子公司以及产品线，2019年智能装备集团的产值是20个亿，在整个大族激光产业集团里占了五分之一。大族激光智能装备集团在深圳宝安，下属有大族智控、大族智软、大族超能、大族塞特维、大族汉狮等11个子公司，还有平面切割、三维切割、切管、3D打印、激光焊接、激光清洗等一些产品线。

我们3D打印产品线主要针对于3D打印设备的研发，包括M100、M260、M400、M600的设备。像M100的设备，一般针对齿科这个行业，M160主要针对义齿支架，可选配单双振镜，M260针对模具、航空航天、科研等行业，也可选配单双振镜。
M400的设备是400*400*400，可选单双四振镜。还有我们目前最大的一款设备正在研发设备，是M600的设备，因为目前确实越来越多要求大尺寸、高效率，所以在实现设备高效率加工方面，我们也想了很多的办法，如采用8振镜的方式。
大族激光智能装备集团从激光器、机床、自动化生产线、功能部件、数控系统等都是我们的核心技术，而且还建立了国内比较领先的激光智造联合实验室，以及激光技术应用研究中心，包含激光切割工艺、焊接工艺，激光熔覆、清洗、3D打印工艺的研究等等。我们目前是国家首批的智能制造试点示范单位，国家激光行业国家标准制订单位，也得到了一些国家荣誉，去年荣获了国家科学进步二等奖。

接下来我讲一下3D打印设备国产化这一块我们所做的工作，目前我们SLM设备主要的一些部件比如说激光器、振镜、软件这些是主要的组成部分，这些我们都是自主研发，比如说激光器可以生产从300瓦到15000瓦，目前激光器一年可出货2000台左右，而且300瓦和500瓦的激光器也应用于我们的3D打印设备上。

我们大族有个子公司叫大族思特，专门是开发扫描振镜，我们的打标机做了20几年，打标机所用的振镜都是我们自主研发的，所以扫描振镜我们积累了20年的开发经验，起码在国内我们的技术是领先的，在3D打印行业也有很多应用。还有我们的软件，也是自主开发的，包括人机控制界面、路径规划软件等。

我们还有一些子公司做电机、冷水机等其他辅助的设备开发，刚才说了在我们3D打印设备采用了自己的300瓦和500瓦激光器，一般是用单模15微米，光束质量在1.1之内，我们的激光器完全是对标于国外，特别是激光器功率稳定性可控制在±1%，在国际上都是领先的。

扫描振镜上的电机、编码器也是我们自主开发，通过我们对3D打印光束系统的设计，以及动态调焦的设计，最后对振镜的集成，目前我们在3D打印行业里面国内出货一千套以上，虽然说和国外的有点差距，但我们一直往这个方向努力，因为确实像激光器、振镜完全是卡脖子的部件，我们做3D打印设备不能说所有的东西从国外购买，万一以后不卖我们了，就完全被卡死了，所以我们一直在做这些功能部件完全国产化。

还有我们大族激光对于SLM一些关键技术方面所做的工作。大家都知道3D打印气流的稳定性是非常关键的，吹气结构做的不好，打印飞溅就会落在零件上面，那零件致密度就不行，会影响零件质量、寿命。我们对气流都要进行均匀性计算，合理分配每个间隔的具体流量，并采用CFB流场仿真优化设计得到我们最优的效果，从而来保证我们3D打印过程中气流稳定性，来提高打印质量，我们也有一个CAE分析团队，专门对光、机、电、热进行CAE优化分析。

还有常规的一些材料工艺开发，包括铁基、镍基合金、钛合金、高温合金、铝合金、铜合金等常规材料的工艺摸索，对这些材料的拉伸强度、屈服强度、延伸率等性能也积累了很多工艺技术。

我们目前常用的3D打印光斑一般是在50微米、75微米左右，所以我们也对极细光斑的技术做了一些研发，比如20微米左右的光斑，对于极细光斑的工艺成型，我们发现3D打印飞溅更少，零件的致密度更高，而且能够打印更精细的结构，提高我们最终零件的致密度。比如说我们打印了0.08mm厚度的薄壁结构。我们还对平顶光3D打印做了一些探索，我们现在用的激光器高斯光，我们通过光路整形技术把高斯光变成平顶光，研究平顶光与高斯光之间不同的光学分布对我们3D打印零件性能的影响。

我们对于3D打印检测也做了前期的研究，比如打印前、打印中打印后，打印前我们采用CCD做铺粉检测，识别粉床上的铺粉效果，通过机器代替人眼进行铺粉质量的检测，铺粉质量不行的话我们可以快速的识别，来调整我们的3D打印工艺，提高打印质量。

我们还对3D打印的孔隙、裂纹、球化现象，做了初步的研究，利用我们深度学习的算法，识别打印过程中的缺陷，怎么样提高我们的3D打印质量。还有对熔池监控，比如打印过程中熔池产生的等离子体，他的强度和熔池数据，根据熔池数据可以发现打印的异常变化，来改善我们的3D打印质量。

这些就是我们大族激光对SLM增材制造技术所做的一些工作，谢谢大家。