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应用激光技术革新生产工艺
点击数:857  发表日期:2013-04-12
到目前为止,业界有个不容置疑的规则:工件越复杂,量越小,价格就越贵。但是,激光快速成型技术即将让这种规则消失:“免费复杂工艺”或“免费个性化”是最近的流行词。这是因为,现在一个工件的生产成本只取决于所使用的材料。先进的激光系统可以直接使用CAD数据生产,传统模具和压模都已经不再必要,而被激光所取代。该技术省下了生产模具和压模的成本和时间——同时也为设计工程师开创了新的未来。它的将来远不会止步于生产,而将对整个光电产业链带来全新的改变。
Fraunhofer激光技术研究所(ILT)的Wilhelm Meiners博士解释说:“直接成型的生产方式使得我们几乎可以生产任何难度的东西,包括那些具有内部结构的工件。这让我们可以随心所欲的设计,而不必考虑传统生产工艺的限制。”在应用研讨会上,这位ILT的主席和宝马集团的Maximilian Meixlsperger一起就相关问题做了演讲。该研讨会是国际光学技术大会的一部分,在展览中心附近的慕尼黑国际会议中心(ICM)举行,并与迎来40周年庆典的LASER World of PHOTONICS 2013一起带来行业最新进展。

使用系列生产材料分层生产工件
所有的快速成型工艺都有一个共同点,即工件包含多层材料,每层仅有几微米厚。该技术使用在传统立体光刻工艺中使用光照固化的塑料,然后采用激光一次性固化一层。激光烧结技术将塑料、陶瓷或金属粉“烘烤”到一起。但其中最大的变化是选择性激光烧熔(SLM)技术的出现。它可以将金属、陶瓷或塑料粉分层融化到工件上。激光金属烧熔沉积的方法可以用于修补。ILT专家Meiners解释说:“与其他生成性工艺比较,SLM的主要优势在于其所使用的金属材料如典型的铸造合金AlSi10Mg,或者重要的植入材料如TiAl6V4。”通过烧熔,工件的纯度几乎可以达到100%,从而和原件具有相同的强度——这就比通过“烘烤”将材料粉烧结的方法要好。据Meiners介绍,“这样,SLM组件的机械性能能达到所使用的材料的极限。”

降低成本或个性化:医疗技术发展
该技术的首个应用领域是牙科,越来越多的牙医开始使用SLM来生产金属牙冠和牙桥,这样可以将生产成本降低一半还多。通过该技术,牙医需要手工完成的就只剩下贴面。由于亚冠和牙桥的生产能够全自动完成,且基本上可以隔天完成,这就给德国在低收入国家市场的竞争力带来了相当强的促进作用。如果未来可以直接扫描病患口腔中的牙齿,那么就不再需要咬牙模,从而节省更多时间。生成性工艺也给医疗工程带来了新进展,让个性化植入和钻孔模板更加简单,并能根据每位病患的骨头进行调整。

 


大量节省时间和材料
这类工艺往往能够给很多工业应用带来诸多优势。其中最突出的例子就是它能够在发动机整体叶盘(BLISK)的生产过程中节省材料、成本和时间。BLISK叶盘不是单个的叶片,而是整体生产后固定到毂上。使用传统技术雕刻出这种叶片会消耗大量时间和材料,并造成非常大的浪费。Fraunhofer ILT研究所已经使用激光沉积焊接技术生产发动机整体叶盘,将生产时间缩短到2/3,同时材料消耗降低60%。

航空及汽车业受益匪浅
航空和汽车行业将尤其受益于这种技术带来的几乎无限制的几何构造自由度,同时也能提高产品的环保性。在设计中,它们可以穷尽所有的几何可能性来降低重量。在一些飞机部件的生产中,甚至可以节省60%的成本。在汽车行业,该技术通过拓扑优化让轮毂轴承的重量降低40%。快速成型技术带来的小批量生产成本下降也给这两个行业带来了不小的好处。例如在汽车行业中,顾客都在寻求更大程度的个性化。使用该技术,生产商就可以低成本地给他们提供一些小批量的个性化可选件。

替换件订单生产,无需仓储
最后,激光技术还给维修工艺带来了全新前景。如上面所说的发动机整体叶盘维修就可以使用激光沉积焊接技术以较低成本进行。其他很多情况下,维修备件仓储也因此变得没有必要。理想状态下,修理店可以使用CAD模型马上生产出所需的替换件。中央仓储和备件物流也成为多余。为了促进激光成型技术的使用,人们对它进行了多项改进。一方面,正如慕尼黑大学机床和工业管理研究所Harald Krauss所说,系统现在做得更大,我们可以生产超出500毫米的大部件。另一方面,在其他方向,也出现了越来越多的应用可能性。人们已经在实验室通过选择性激光微熔技术生产出小于30微米的结构,汉诺威激光研究中心的Matthias Gieseke说。这样,我们就可以为病患生产出定制的微小部件。同时,研究者还在努力寻找更廉价的激光源,降低成本,提高效率。

未来,顾客可以设计产品
将来新的业务模式将成为可能:终端用户将能够自己设计产品并把CAD数据发到生产服务商那里帮他生产出来。这种服务已经在手机外壳的生产上成为可能。这样的应用需要我们开发出普通人也能轻松使用的CAD程序。一方面,它应该能够给顾客提供最大程度的自由度,但另一方面,也应该有所限制,保证设计产品的稳定性,同时也不能侵犯其他公司的商标权。

来原:中国光电网

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