基于3D 打印SLM 技術(shù)的機(jī)械自動(dòng)化加工及應(yīng)用研究

馮曉暉

（景德鎮(zhèn)學(xué)院，景德鎮(zhèn) 333400）

目前，我國的生產(chǎn)制造技術(shù)水平進(jìn)一步提升，3D 打印技術(shù)作為機(jī)械自動(dòng)化加工中的重要技術(shù)，在機(jī)械自動(dòng)化加工中應(yīng)用越來越普遍，而隨著機(jī)械加工市場(chǎng)對(duì)于零部件加工的精度和要求不斷提升，需要更精良的技術(shù)來支持生產(chǎn)制造，SLM 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這一技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化加工中的應(yīng)用具有較大的前景。

1 SLM 技術(shù)概述

1.1 基本結(jié)構(gòu)

在SLM 技術(shù)應(yīng)用中，包含了機(jī)械模塊、控制模塊、光路模塊、工藝軟件以及保護(hù)氣密封模塊。其中的光路模塊中主要的組成零部件包含光纖激光器、反射鏡、聚焦透鏡、擴(kuò)束鏡等，這里的激光器則是這個(gè)系統(tǒng)設(shè)備中的核心成分，在目前的SLM 設(shè)備中，幾乎都使用這種光纖激光器，這是因?yàn)檫@一激光器的使用性能好，壽命長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換效率高。而其中的掃描振鏡則是在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)的，能夠促使相應(yīng)的激光光斑精確的定位在相應(yīng)的加工面位置。

系統(tǒng)的機(jī)械模塊中包含成型缸、粉料缸、鋪粉裝置、成型室密封設(shè)備等。

相應(yīng)控制模塊則是通過計(jì)算機(jī)和多塊控制卡構(gòu)成，相應(yīng)的激光束掃描控制是借助計(jì)算機(jī)控制卡來實(shí)施對(duì)于掃描振鏡的信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)于掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)控制，完成機(jī)關(guān)掃描功能。

1.2 SLM 技術(shù)應(yīng)用原理

3D 打印技術(shù)快速發(fā)展，高性能、高可靠性、低成本的SLS主機(jī)及其軟件逐漸應(yīng)運(yùn)而生，適合不同用途的低成本SLS 材料及其制備方法、塑料零件、金屬零件、成型冷卻通道模具的快速制造技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并取得了技術(shù)創(chuàng)新和突破。因此，近年來，在SLS 快速成型技術(shù)的基礎(chǔ)上，形成了一種新的SLM快速成型技術(shù)。利用低功率激光，可直接快速制造各種密度達(dá)100%，精度小于0.1mm 的復(fù)雜金屬零件/模具。SLM 零件只需少量通過即可。加工（如拋光等）無需其它后處理技術(shù)即可達(dá)到高精度，具有廣闊的應(yīng)用前景。

SLM 技術(shù)的工作原理與SLS 技術(shù)的工作原理相同。用激光束掃描金屬粉末分層法制備了所需金屬零件/模具。不同的是，SLM 技術(shù)可以將一定厚度的金屬粉末全部熔化在金屬零件/模具CAD 模型的實(shí)體切片中，直接生產(chǎn)高密度的金屬零件/模具。

1.3 SLM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用范圍

借助SLM 技術(shù)應(yīng)用，能夠保證金屬的加工致密度達(dá)到99%以上，接近理想加工目標(biāo)，這一加工技術(shù)的力學(xué)性能和傳統(tǒng)工藝有一定的相似之處。但是相比之下，SLM 技術(shù)加工的零件產(chǎn)品種類比較多，相應(yīng)加工零件在后期還可以實(shí)現(xiàn)有效的焊接。不過這一技術(shù)應(yīng)用也有其缺陷，那就是加工技術(shù)的應(yīng)用成本比較高，加工的速度往往也不能達(dá)到要求。此外，相應(yīng)的加工精度以及表面質(zhì)量也比較有限，但是可以通過后期的加工來提升。

SLM 技術(shù)目前主要是用來對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)金屬外觀、裝配件、功能原型進(jìn)行加工，也能夠滿足相應(yīng)的零件，例如夾具、裝置固定等，都可以使用這一技術(shù)，這一技術(shù)能夠應(yīng)用到小批量的零件生產(chǎn)中，也可以在相應(yīng)的模具注射中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

2 SLM 技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化加工中的應(yīng)用和前景

就目前的國內(nèi)外針對(duì)SLM 技術(shù)的應(yīng)用情況，以及目前機(jī)械自動(dòng)化加工市場(chǎng)中應(yīng)用到主要SLM 設(shè)備來看，目前相關(guān)技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)獲得了有效應(yīng)用，根據(jù)目前的發(fā)展以及其趨勢(shì)分析，能夠看出SLM 技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化加工中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)上，將獲得更大的改進(jìn)。

2.1 性價(jià)比將不斷提升

目前，在機(jī)械自動(dòng)化加工中，使用SLM 技術(shù)對(duì)于促進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化加工水平和效率提升具有一定的積極作用，但是總體來看，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的成本還是比較高的，這也是阻礙這一技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化加工中有效應(yīng)用的重要因素。目前的SLM 技術(shù)設(shè)備產(chǎn)品的價(jià)格比較昂貴，一般一套設(shè)備起碼需要幾百萬，且設(shè)備后期的維護(hù)成本也比較高，對(duì)此，目前針對(duì)SLM 技術(shù)的相關(guān)研究和發(fā)展中，將主打降低產(chǎn)品和技術(shù)的應(yīng)用成本，盡可能打造一種性價(jià)比比較高的SLM 設(shè)備，方便其在機(jī)械自動(dòng)化加工市場(chǎng)中的有效推廣和應(yīng)用。

2.2 越來越趨向于滿足大型零件加工的需要

目前的SLM 技術(shù)設(shè)備更多的是針對(duì)小批量的小型零件進(jìn)行加工，針對(duì)大型零件的加工要求還不能有效滿足，對(duì)此，隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，未來在機(jī)械自動(dòng)化加工中，基于3D 打印技術(shù)的SLM 技術(shù)將挑戰(zhàn)大型金屬零件的加工，目前國內(nèi)外在SLM 技術(shù)設(shè)備的研發(fā)中，也將大型金屬零件加工作為SLM 設(shè)備功能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)研究方向，相信在不久的將來這一技術(shù)目標(biāo)將迅速實(shí)現(xiàn)，為解決目前機(jī)械自動(dòng)化加工中存在的問題做好準(zhǔn)備。

2.3 越來越趨向于和傳統(tǒng)加工方法的結(jié)合應(yīng)用

現(xiàn)階段，SLM 技術(shù)應(yīng)用中，成本高，成型件的表面質(zhì)量差，這些都是技術(shù)應(yīng)用的缺陷和不足，對(duì)此，嘗試將SLM 技術(shù)的加工技術(shù)和方法和傳統(tǒng)加工方法結(jié)合起來，就能夠有效改變這種加工現(xiàn)狀，對(duì)于促進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化技工技術(shù)的水平上升具有重要作用。日前，日本研發(fā)得出金屬光造型復(fù)合加工設(shè)備，就是將金屬激光成形技術(shù)和高精度、高速切削加工技術(shù)結(jié)合起來的創(chuàng)新發(fā)展，這種復(fù)合加工技術(shù)兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)加工技術(shù)以及SLM 新型加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。可見，將傳統(tǒng)加工技術(shù)和方法融入到SLM 技術(shù)中，具有很好的復(fù)合應(yīng)用效果。

2.4 設(shè)備設(shè)計(jì)將趨于便攜化、智能化

隨著市場(chǎng)對(duì)于機(jī)械自動(dòng)化加工的自動(dòng)化水平要求不斷提升，需要針對(duì)SLM 技術(shù)設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，確保相關(guān)的設(shè)備能夠滿足更多的現(xiàn)代化的加工需要。目前機(jī)械零件的輕量化和集成化開發(fā)，探索便攜式的SLM 設(shè)備設(shè)計(jì)更有必要。這也是目前SLM 技術(shù)的主要研究發(fā)展方向。未來的SLM 技術(shù)設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)中，將更多的應(yīng)用智能技術(shù)設(shè)計(jì)，提升設(shè)備的操作和管理的智能化水平，同時(shí)，設(shè)備體積也將不斷縮小，能夠更好的進(jìn)行移動(dòng)好攜帶。

3 結(jié)束語

當(dāng)前機(jī)械自動(dòng)化加工技術(shù)正在不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于機(jī)械自動(dòng)化加工技術(shù)的要求也在不斷提升，基于3D 打印技術(shù)的SLM 技術(shù)應(yīng)用具有一定的優(yōu)勢(shì)，不過，目前的SLM 技術(shù)在機(jī)械自動(dòng)化加工中的應(yīng)用也存在一些不足，對(duì)此，需要進(jìn)一步強(qiáng)化技術(shù)研究，做好技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展，這對(duì)于促進(jìn)SLM 技術(shù)應(yīng)用推廣具有重要作用。