是什么原因导致了多激光打印机效率变低？

市场上的大多数3D打印机最初设计是用于快速原型制作。然而，随着行业的成熟发展，连续生产的使用案例变得更加可行，公司开始最大限度地提高增材制造的投资回报比。从设计高性能的单体零件，自动化车间，开发新材料到优化每台机器的参数以提高速度、质量和性能。

自2015年SLM Solutions首次推出双激光系统以来，多激光设备的数量迅速增加。从那时起，越来越多的原始设备制造商 (OEM)、机器制造商和企业开始为生产定制自己的3D打印机，增加更多的激光数量以提高生产力。

当涉及激光粉床熔融 (LPBF) 和直接金属激光烧结 (DMLS) 时，大多数用户认为更多的激光数量应该自然而然地会提高速度和生产力，但事实并非如此。仍然存在的挑战是如何在保持高质量输出的同时有效地分配工作负载以提高生产力。找到合适的建模处理软件来优化每个激光器的能力变得尤为重要。

在生产车间的重要发现

Materialise Software的市场解决方案架构师Johan Troukens表示：“根据我的经验，我认为许多机器的使用效率并不高。人们认为增加更多激光数量应该就可以提高生产、研发或其他项目的速度和生产力，但事实并非如此。我们需要一种能够以高效的方式来最大化激光器利用率的技术。否则，这些系统就是非常低效的。”

例如，一台四个激光器的3D打印机在生产过程中可能只用到了3.2个激光器的效果。这就是为什么在3D打印机中增加更多激光器并不能提高生产效率的原因。

为了最大化激光器利用率的问题，需要考虑以下三个主要因素：

1.有效应用激光器负载分配

2.缩短3D打印时间

3.确保打印输出的质量

对于多激光器打印机的低效运行，这种处理结果将严重降低机器的总体设备运行效率 (OEE)。这就引出了一个问题：如何优化这些价值数十万到数百万美元的3D打印机的产出？

“负载均衡器”可以充分发挥多激光金属3D打印机的能力。作为切片处理器软件开发工具包 (BP SDK) 的一部分，负载均衡器的可配置算法允许用户调整每个激光的参数，这是其他类似的3D打印负载均衡器软件所不具备的技术。

BP SDK让用户能够立即上手的解决方案或开发适用于其特定生产需求的切片处理器。这种灵活性对于研发人员、工艺工程师或任何对调整多激光3D打印机以提高效率感兴趣的人来说都是非常有吸引力的。

Materialise Software的工程研发经理Michele Pavan表示：“负载均衡器相比传统多激光系统可提高约25%的生产效率。这意味着不再浪费时间和资源来处理过热、气体遮挡光束以及飞溅物落在未扫描的构建平台区域等问题。”

克服激光分布的困难

Materialise Software的产品经理Brecht Pellens表示：“3D打印行业正在转向可持续和高效的方向以减少碳排放和能源消耗。公司需要改善盈利能力，同时生产出高性能的零部件，以确保竞争优势。这种发展的重要部分在于在满足质量标准的同时，最大化从每个操作中获得的价值。”

以下几个案例可以解释如何克服与激光负载分配相关的问题，最大限度地利用和释放负载均衡器的多激光机器的全部潜力。

1 通过控制每个激光器来实现最佳负载分配

负载均衡器的算法通过考虑气体流动和雾区，以防止激光之间的干扰并确保能量均匀分布，从而简化了平衡每个激光的负载任务。它通过计算每个激光的最佳负载，考虑所有过程和用户约束条件，来分配文件的工具路径。在所有激光器之间路径会被优化，从而显著提高生产力。

2 配置雾区以优化气体流动，提高质量并避免在下风处加工

管理控制质量是复杂的，特别是对于多激光系统来说。激光通常会产生雾和气体，这些烟雾会朝着设定的气体流动方向运动。在这些雾区中的烟雾可能会遮挡彼此附近工作的激光，降低它们的效率。通过优化气体流动并避免下风处加工，可以配置雾区来改善质量。

此外，当激光器在封闭空间中工作时，它们会释放多余的能量，可能对熔池和零件质量产生不利影响。通过计算每个激光器的雾区，算法可以优化复杂的排序，例如决定首先扫描哪些矢量块，在遵循优先级的情况下以避免逆风和雾区处理。这有助于保持激光束的质量，防止它们之间的干扰，同时确保能量分布均匀。

如果处理的不恰当，粉床上的松散粉末还会进一步影响打印品的质量。为了避免飞溅、气体遮挡光束和过热，负载均衡器可以模拟气流，确保激光永远不会扫描到另一个激光束的气流中。

3 将生产力和质量融合，实现高质量的打印

“负载均衡器的吸引之处在于它可以确保每个激光器在不产生不利影响的情况下保持优越的工作状态，从而提高处理速度，同时保持构建质量，”米歇尔说道。

多个激光器靠得太近会引入过多的能量，降低打印的整体质量，因为这可能导致零件中的多孔性和锁孔缺陷。通过负载均衡器，需要精确而均匀的能量沉积，以增强对激光束的控制，实现高质量的结果。

此外，负载均衡器可以引入向量块分割，这是在用户输入的基础上的下一层细粒度。通常一层至少包含一个向量块。然而算法可以将较大的向量块分割为更小的块，从而增加了层的细粒度，使负载在所有激光器上更均衡分布。这种技术的优势是，整体分布可以进一步微调以提高3D打印机的效率。

生产时间没有被优化的一个原因是激光在打印零件时可能进行的跳跃次数过多。通过波段限制每个激光器的作用区域，减少跳跃的次数。这有助于提高整体生产效率，并减少同一零件上工作的激光器之间的密切交互。

最后，在负载均衡器中的混合模式选项，允许用户选择是由单个激光器扫描部分，还是通过算法优化以在不同激光器之间分配矢量。这可以进一步优化负载分配。

“只需点击几下即可设置参数。如果你有任何需求，也可以根据需要自定义和微调每个参数的细节”，Brecht说。

优化多激光3D打印机，为您的LPBF生产而设计

优化多激光3D打印机可能是增加金属3D打印生产力、同时降低成本和交货时间的绝佳方式——如果扫描路径策略设计得正确。然而用户甚至制造商并没有充分利用这些设备，因为他们没有投资在正确的软件上。

负载均衡器是解决您多激光打印机问题的一个选择。将此模块作为BP SDK的一部分或您自己的切片处理器使用，从而降低开发成本并加快上市时间，为创新开辟新道路，此外，负载均衡器可通过我们的CO-AM软件平台上的机器管理器直接访问。

"无论您是想要调整应用细节参数的工艺工程师，还是对技术不太熟悉并更喜欢简化集成方法的用户，负载均衡器快速且简便的使用体验都非常适合。这种自动化制造工具是一个改变游戏规则的工具：它充分利用您的制造资源的全部能力，将您的运营转化为有形的结果，"Johan说道。