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雷射選區熔化——增材技術的優點、工作原理和應用

雷射選區熔化 (LMF)——英文為「LaserMetalFusion」——是一種增材製造工藝,利用該工藝在粉末床上逐步構建工件。為此雷射使金屬粉末恰好在部件的CAD設計資料所預先確定的位置逐層再熔化。因此,該工藝常被稱為金屬3D列印或3D金屬列印,雷射燒結及雷射選區熔化等概念 在業內也很流行。該工藝特別適合批量生產帶有精細內部通道和空腔的幾何形狀複雜的零件,使用傳統工藝(如車削或銑削)無法生產或只能低效生產此類零件。透過工業化3D列印產生的部件兼具高穩定性和較輕重量——對於輕質結構或定制化植入物和假體特別有利。此外,雷射選區熔化是一種可持續製造方法,因為與燒蝕工藝相比不僅不會產生切屑,而且僅產生少量多餘材料。憑藉在增材技術方面將近二十年的經驗,TRUMPF提供達到工業級成熟的粉末床工藝完整套裝——機床、服務和數位化一站式提供。從零件識別到製成品以及更多——我們覆蓋整條加工鏈。

功能集成

透過雷射選區熔化,使用者可直接從3D CAD模型製出功能部件——例如柔性或可旋轉結構  。

共形冷卻

透過雷射選區熔化 可製造帶有共形冷卻的部件。其將熱量立即從產生的地方散發。

格柵結構

增材製造能夠製造出佈局複雜的精細結構。

增材製造設計

設計 自由: 在3D金屬列印中,設計構造決定著部件的製造——不同於傳統生產工藝。

生產效率

在3D金屬列印中,不會產生生產準備時間。藉助多雷射系統以及自動化部件等選項,能夠進一步提高加工效率。

效率

TRUMPF工業化零件與粉末處理系統 提升生產經濟效益。

潔淨

封閉式粉末循環確保潔淨安全的生產環境。

簡要說明雷射選區熔化的過程

在雷射選區熔化工藝開始時,將生成部件的虛擬3D模型。在資料準備期間,設計資料會被轉化為機器可機的建造工作檔。同時,部件被定位在基板上,根據需要安裝支撐結構。根據列印流程將 部件分成多個單層(「切片」)並定義對應的雷射軌跡(「定線」)。 最後在充滿保護氣體的加工室內於基板上逐層構建工件。在加工室內,儲備缸、構建缸和溢出缸在一根軸上並排放置。塗刷器將粉末從儲備缸推到構建缸上 (1)。然後雷射器根據零件輪廓使第一層粉末熔化並與下層牢固接合 (2)。接下來構建缸下降一層  (3)。也就是說,在粉床內構建部件。多餘粉末落入溢出缸。不斷重複該過程,直至生成整個部件。為提高生產效率,TRUMPF在其系統中使用同時工作的多個雷射器。這就是所謂的多雷射原理。成品件最後在金屬粉末拆包站被釋放。然後將部件與基板分開,移除支撐結構(如有)並根據需要修整工件。

根據效果圖介紹雷射選區熔化(雷射燒結)的工作方式。

簡要介紹金屬3D列印的功能原理。


"Wir haben uns für die TruPrint Anlagen entschieden, weil sie eine komplette Durchgängigkeit haben, was die Peripherie vor und nach dem Prozess angeht und auch die integrierten Monitoringlösungen in den Anlagen."

Christoph Hauck
Geschäftsführer Toolcraft

應用和使用領域——全能技術,用途多樣

利用增材製造法生產的個性化鈦制顱內植入物

顱內植入物

雷射選區熔化滿足對醫療設備與植入物製造的嚴苛的品質與安全要求。例如,可在8.45個小時內以近5,000層制作圖中所示的個體化鈦制顱內植入物。

使用TruPrint 1000生成裝配角架的輕質結構

安裝支架

在航空航太領域,輕質結構和工件內部良好的力分佈至關重要。這種所謂的拓撲優化設計可透過粉末床工藝簡單實現——如圖中所示的飛機門安裝支架,其在8小時內以大約2,700層構建而成。

使用TRUMPF的TruPrint機床透過添加法製造的液壓塊

液壓塊

所示液壓塊用於連接控制閥與液壓缸。若使用雷射選區熔化法製造,則其總體積可減少80%,壓力損失可降低93%——功能不受任何影響。構建時無需支撐結構,在十一個小時內完成。

流道

採用傳統方法製造流道需要五個單件。在 雷射選區 熔化中,直接製造成品部件。複雜的共形調溫通道可透過LMF簡單生成。此外,客戶還能得益於迴圈時間減少以及熱穩定的生產流程和最低的廢品率。圖中的流道在70個小時內製造而成。

軸支座

在汽車行業中,可透過雷射選區熔化無需模具快速構建能正常工作的複雜原型。所示軸支座的設計與拓撲結構經過優化,其增材製造需要五個小時。

使用TruPrint 1000構建的牙科產品

牙科產品

牙科行業也得益於增材製造的諸多優點。可使用生物相容性材料在最短時間內高精度逐層構建任意複雜的適應症。圖中所示帶有齒冠的牙墊在六個小時內以大約1,200層製成。

R&D領域的部件

在生成應用或參數時,採用圖中所示的建造工作。同時,在從基板分離後,長柵條會被加工成拉伸試件。 透過它們可以檢查部件的強度和可變形性。完成分離和研磨後,在顯微鏡下檢查其他正方形部件 是否存在細微缺陷。這兩種情況都關乎部件品質保證。

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