SLM Solutions永久过滤模块PFM加速选区激光熔化技术的工业化进程

来源：斯棱曼激光科技

除了更大的成形尺寸、更快的成形效率、更高的成形精度，在选区激光熔化技术的工业化进程中，过滤系统的持久性及稳定性同样决定了批量化生产的加工速率及成形质量。

为满足批量化生产中各行业对于零件质量及稳定性的严苛要求，配置齐全且性能优异的过滤系统的必不可少的。在成形的过程中，激光熔化粉末床时产生的烟尘以及飞溅将由惰性气体风场带出成形舱，经由滤芯进行收集和过滤，实现废弃物的收集以及惰性气体的再循环。对于单次打印任务而言，一次性滤芯足以满足过滤要求。但随着工业化进程的开展，打印时间的增加以及重复打印任务的增多，当滤芯因容积变小致使内部压力上升时，便需要停机对滤芯进行更换和处理，而这显然无法满足批量化增材制造的需求。

△从右到左：SLM®500生产型设备-PFM永久过滤模块-PSV闭环粉末供应系统-PRS拆件站

作为选区激光熔化技术的先驱者，SLM Solutions一直致力于适合批量化生产的金属增材制造设备及相关技术的开发。为避免更换滤芯，确保长期稳定的过滤效果及打印质量，SLM Solutions推出了多功能的PFM永久过滤模块。风场带出的烟尘和飞溅被集中到烧结式过滤器，随后将触发传感器，加入阻聚涂层颗粒进行覆盖，使所收集的粉尘钝化并进行干燥处理。在批量化生产中，PFM将重复此步骤直至收集桶填满，在最后一层阻聚涂层颗粒填充完毕后，收集桶将从惰性环境中移出。

SLM Solutions为烧结式过滤器开发了一个特殊的盖子，并为该设计申请了专利，用于控制氧气的暴露速率，以保证粉尘在48小时内被钝化。通过阻聚涂层颗粒和可控制气体环境的烧结式过滤盖，充分保障了PFM以及废弃物处理的安全性。

△PFM永久过滤模块

△PFM工艺示意图

过滤过程可以与成形过程同步进行，且不会影响设备的打印过程。若在打印任务开始前收集桶容量已不足25%，打印任务将无法启动。若在收集桶在成形过程中填满，收集桶将会自动关闭，由漏斗作为内部容器继续收集废弃物，内部漏斗拥有足够大的容量能够确保该打印任务可以不间断地完成。而在此过程中使用者也可以随时对收集桶进行更换，以便后续打印任务的顺利进行。

PFM具备自清洁功能，当设备需要更换打印材料时，仅需要更换收集桶，过滤器无需更换，使用气体清洁即可使用。

阻聚涂层的选择：

SLM Solutions所使用的阻聚涂层颗粒具有阻断和消除的功能。阻断功能可避免高密度自燃废弃物的形成和团聚，同时可以防止快速氧暴露。消除功能则是在发生反应后，阻聚涂层颗粒熔化并包覆废弃物使其失去活性并停止反应，同时，这一过程还可以迅速分散局部温度，防止反应的进一步发生。通常，在同类型的阻聚材料中碳酸钙使用较多，但在实际使用中碳酸钙可能会引起其他反应，相比之下，SLM Solutions所使用的阻聚涂层颗粒则会更加安全可靠。

氧化过程的控制：

SLM Solutions通过控制暴露的气体环境可实现废弃粉尘的完全钝化，整个处理工艺中所使用的材料以及所得到的废弃物均为干物质，经由收集桶集中收集，可大幅简化后续的废弃物处理程序。若是将废弃粉尘埋在碳酸钙中，很难确保粉尘颗粒能够完全钝化，仍然具有发生爆炸的可能性及危险性。

△收集桶内废弃物处理示意图

△可移交干物质处理的废弃物收集桶

PFM永久过滤模块的优势：

(1)PFM具有自清洁功能，装满或堵塞后无需更换或维护滤盒，不会影响打印过程，有效减少了设备的停机时间。在理论情况下，PFM无寿命期限限制，仅需定期进行维护、重新注入阻聚涂层颗粒并清除废料，即可保证10年以上的使用寿命。

(2)通过烧结式过滤器提高过滤性能及工艺稳定性，使得系统内的气体流量更加稳定，不会出现因过滤器堵塞而产生逆向压力。其运作过程中噪音更小，同时减轻了气泵的工作量，从整体上提高了设备的运行性能。

(3)减低消耗成本，消除滤芯成本。阻聚涂层颗粒的售价为40欧元/12公斤，单个收集桶仅需使用5kg阻聚涂层颗粒，从批量化生产的长期使用需求来看，使用PFM将更为经济。

(4)采用全自动PLC控制与监控。

(5)采用闭环设计，保证全密封环境，大大降低了粉尘颗粒发生反应的可能性。