技术，趋势，选择:激光熔化金属征服更多的工业应用

如果说目前有什么东西在生产方法上令人兴奋的话，那就是3D打印机。在所有的交易会上，3D打印机都是行业的一大亮点。这是否标志着一种偏离以形式为基础的思维方式，而倾向于使用加法方法产生的组件的几何自由度?有兴趣的团体已经在研究打印乐高积木的可能性，或者更雄心勃勃的——打印食品的可能性。有了这么多的创造力，我们想探索在工业环境中使用激光熔化金属可以实现什么现实。我们采访了Florian Bechmann博士，概念激光的发展主管，关于当前的技术状态，趋势和未来的选择。

概念激光最近开设了一个新的开发中心。听起来这个行业正在迅速扩张?

Florian Bechmann博士:这是真的。毫不夸张地说，工业应用目前正呈爆炸式增长。当涉及到未来的部件时，激光熔化金属产生了强烈的魅力。作为技术领导者，我们必须通过引入创新来支持这一市场进程。当涉及到复杂系统时，我们必须确保光学、设计、控制技术、软件和粉末材料之间广泛的相互作用。在我们新的开发中心，我和我的同事们正在努力研究不打算向公众披露的“离散创新”。某些行业相当敏感……

你指的是什么应用?也许是那些在汽车行业工作的人?

Florian Bechmann博士:是的，但不只是那里。定义和推动这一进程的部门包括汽车和医疗技术部门以及航空航天。这些技术驱动因素不仅在质量和材料选择方面要求高标准，而且在数量方面，如提高生产率。这些客户需要更短的施工时间和更多的部件在一个单独的建造室。我们开发了X线1000R，目前有最大的制造室，为汽车工业。从400 W激光器到1000 W激光器的过渡是这一过程的一个重要里程碑。它是与夫琅和费研究所的激光专家密切合作开发的。其目标是开发出更快捷、更实惠的流程。我们想到的一个应用是为现代车辆开发节省时间的发动机。

你提到了航空航天领域。这个行业是如何使用这个过程的?

Florian Bechmann博士:航空航天部门正在推动创新。这里需要高质量的解决方案，包括使用活性材料，如钛或铝合金，这些材料只能在封闭系统中可靠地生产到高质量。一般来说，以下用户相信这个过程会越来越完善:NASA、德国航空航天中心、霍尼韦尔、斯奈克玛、Aerojet/Rocketdyne和EADS集团的Astrium Space Transportation。美国宇航局的工程师甚至在考虑使用增材制造技术在国际空间站的轨道上制造部件。这样做的好处是，只要有足够的粉末库存，就可以使用CAD数据在空间中生产零件。

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美国在扮演主导角色吗?

Florian Bechmann博士:就美国而言，可以说是在使用大量的资金和人力资源。那里的工程师和学生被激光熔化的可能性所吸引。美国人被认为是有创造力的，相信进步，有必要的动力。不幸的是，我们与中国的航天工业仍然很少接触。目前，我们不在那个市场。但这并不意味着它必须一直这样。我们欧洲人可以主要在美国和欧洲贡献我们的研究和机械工程能力。在欧洲，欧盟通过AMAZE等项目推动这一过程，因为欧盟对这一过程的可持续性和高水平的创新有着坚定的信念。

其他行业也加入进来了吗?

Florian Bechmann博士:当然可以。毕竟，这些选择是有吸引力的。这种方法目前正在革新医疗技术，例如:传统的流程链正在被完全重新概念化。激光瞄准部件作为植入物很受欢迎，因为它们的多孔表面可以很好地融入人体，但也提供了必要的弹性。一个不断上升的应用是廉价和快速生产的牙科修复材料的生物兼容材料。这些都是适应性强、持久的牙科解决方案，而不是需要花费大量精力手工制作的牙科修复。这一过程甚至有利于改造:磨损的涡轮部件可以快速且经济地再生。这种应用在电厂工程和飞机建造中是相关的。在这种混合技术中，完全相同的材料层可以附加应用到现有的部分。除了再生，新的整体部件也生产用于涡轮技术应用。 LaserCUSING also allows functionalities such as cooling channels to be integrated, which improve the performance of components. The offshore industry is considering installing laser melting systems on drilling platforms, which would allow for independent, on-site production of certain components. The technology is not fixed to a specific location and can be operated locally.

环境友好是我们这个时代的主要问题之一。从环境角度来看情况如何?

Florian Bechmann博士:激光熔化过程是高度可持续的:一方面，由于本地化的生产选择，减少了物流复杂性，另一方面，因为该过程减少了所需材料的数量。也没有任何油或冷却剂排放，这在机械工程过程中仍然经常发生。即使是余热也可以利用。一个1000瓦的激光器可以产生大约4千瓦的热量，如果把这些热量引入冷却水回路，就可以用于建筑系统。激光熔化被认为是一项绿色技术是有充分理由的。

3D打印机很快会像今天的激光打印机一样成为我们桌上的固定设备吗?

Florian Bechmann博士:添加过程包含这个选项。但要保持严肃:我们应该区分消费应用和工业应用。用塑料制作乐高积木，使用3D打印技术，很快就会成为现实。然而，适用于普通人的材料范围和应用范围仍将非常有限。为老爷车(或一般汽车)生产替换部件，当然也是可以想象的——但这又一次成为了工业应用。在Concept Laser，我们始终专注于具有特定质量标准和材料要求的纯工业解决方案，通过材料和工艺的认证。工业解决方案对桌子来说太重了(笑);在这里，我们将重点介绍当前生产环境中的金属加工方法。

如果你想描述是什么让你的系统技术与众不同，你会提到什么?

Florian Bechmann博士:我们的质量管理模块对我们和我们的客户来说绝对是一个重要的特色。我还想提到的是建造室和处理区域的分离，这是概念激光产品的特点;这提供了最大的职业安全和人体工程学。我们的自动化粉末运输容器也是实用的。在封闭系统中处理材料有许多优点。这对安全很重要，但对防止污染也很重要，比如被氧气污染。安全对我们来说很重要。我们非常认真地遵守欧盟的ATEX指令。我还将提到与生产环境的接口，例如，起重机可用于重量达80公斤的建筑板。这对操作者来说很方便。 Some details are interesting as well: such as filter replacement in processes using reactive materials, such as titanium. The contaminated filter is flushed with water and its contents are then safely disposed of in an environmentally-friendly manner.

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你认为未来的工业激光熔化还会有什么其他的推动力?

Florian Bechmann博士:应用范围在不断扩大，这意味着材料的范围也在扩大。这需要强大的咨询服务，我们必须向市场提供。该系统还必须反复调整以适应这些新材料。与此同时，对组件的设计要求也越来越高。从轻质结构和大量泡沫结构到功能集成，如组件中的冷却技术。这对我们来说是非常令人兴奋的，因为由于倍增效应，某些发展可以超越一个部门的限制。另一方面是用户对质量的日益重视。客户期望积极的过程监控和系列生产能力，即在工业水平上的再现性。

在质量要求方面发生了什么?

Florian Bechmann博士:从客户的角度来看，这是当前最重要的领域。客户感兴趣的是几何形状，密度，生产力，最重要的是质量。这里有两种方法是方便的:使用机器技术的主动过程监测和材料的发展。这包括材料的认证，如医疗技术或特定制造商的指示，这些必须在汽车和航空航天部门遵守。

质量在机械工程中具体意味着什么?

Florian Bechmann博士:首先，这是系统中光学，力学，控制技术和软件之间的相互作用，就像我一开始提到的。然而，关键因素在于综合质量监测。主动质量保证意味着实时检查、比较、分析和评估工艺数据。我们不断完善我们的专利质量管理模块(“QM模块”)，以制定预测质量和可操作性方面的标准，并影响正在进行的施工过程。

你能更具体地描述一下这个QM模块吗?

Florian Bechmann博士:它涉及两个方面:1。QMmeltpool和2。QMcoating。QMmeltpool是指该系统使用一个摄像头和光电二极管来记录激光过程中的信号。然后可以将此数据与参考值进行比较。光学系统采用同轴设计。它允许摄像机记录融化池的一个很小的区域。1 x1毫米²。换句话说，它拍摄了非常详细的照片。它可以检测受损的激光性能由于污染的F-theta透镜或造成的激光自然老化，以及剂量因素的偏差。 The second approach is the QMcoating QM module, which ensures that the optimal powder quantity is used. Because only what's needed is used, it saves powder material - up to 25% - while also reducing set-up times. QMcoating monitors the layer surface while powder is being applied. If too little or too much powder is dosed, the dosing factor is adjusted accordingly, i.e., actively counteracted. The two QM modules monitor and document the process, thereby ensuring reproducible quality.

预计未来会有什么发展?

Florian Bechmann博士:在过程信号分析领域，一般也称为“组件图”。2D地图是在施工过程中生成的，最终必须以3D模型表示。这可以与CT测量的图像相媲美，也就是计算机断层扫描，就像我们熟悉的医学技术一样。这种成像模式和能力将增加过程的透明度，并在其结构整体中捕获组件。透明度在一个高度动态、快速的过程中，操作员只能通过特殊的帮助来掌握。另一点是组件建设的速度。这在客户的愿望清单上高居榜首。有两种方法:一方面，更高的激光输出，如在X线1000R(即从400 W跳转到1000 W激光)和另一方面，使用多个激光器。虽然使用熟悉的工艺参数的优点必须与光学排列的复杂性进行权衡，但在未来，多个激光光源将能够显著提高建造率。这些概念不仅涉及激光器本身的倍增，而且也涉及大多数其他光学元件的倍增。

谢谢你们的谈话。

——本次采访得到了Concept Laser的许可