EOS“气剑”技术破解米级3D打印质量难题
在大尺寸激光粉末床熔融（LPBF）设备里，构建幅面动辄达到1m–1.5m，甚至更大。激光扫过时产生的飞溅、烟尘和蒸汽会迅速弥漫到整个腔体，风场向来是解决这一问题的唯一解，但同时它也是极难解决的关键问题。
3D打印过程中的烟尘
航天增材制造专家马瑞博士在对大尺寸金属3D打印质量问题的探讨中，就曾多次提到风场问题。其指出，小尺寸设备在采用一侧入风、一侧出风的“穿堂风”模式时，风场跨度较小，还能较好的保证全幅面风场质量；当风场跨度较大、超过800mm后，出风口部位的风速很低，无法有效带走打印过程产生的黑渣。如果进一步增加风机风速，有可能造成入风口风速过大影响粉床铺粉质量。当风场跨度达到1500mm时，这个问题就更加明显。
大尺寸3D打印风场不均问题
打印过程中零件表面留下的黑渣
气流路径太长，烟尘扩散范围大，越大越难打，越打越脏，是大尺寸金属3D打印面临的严峻问题。3D打印技术参考注意到，EOS旗下AMCM公司于近日升级优化其中间入风、两侧出风的风场模式，推出名为AirSword™（直译气剑）的气流管理技术，并将其搭载在最新的M8K和即将推出的M10K大型金属3D打印装备之上。
本期内容，3D打印技术参考查询了多方资料，结合官方给出的概念图解读这项重要技术。
中间入风+导风鳍片+主动冷却
在大型设备中，气体经过长距离、可能带有弯折的管道输送后，容易产生大规模湍流和不均匀的速度分布。以这种紊乱的状态进入广阔的成型舱，气流会很快失去方向和一致性，形成涡旋，导致部分区域气流速度过快，部分区域则无气流。
EOS M400-4风场设计
中间入风、两侧出风的模式并非刚刚研发，而是在早期的EOS M400-4就已经使用。面向大尺寸制造，该技术也迎来了重要升级。3D打印技术参考还注意到，从给出的概念图可以看出，新的风场设计具有多层、平稳、全覆盖的设计理念，可避免局部湍流。其技术特点如下：
1. 在气体进入加工区前，有一段结构复杂但固定的整流通道，强制将混乱的气流“梳理整齐”。
2. 通道内部装有导风鳍片，鳍片的间距、长度、角度都经过了优化，能够像百叶一样把气流“梳直”，即减少了湍流又不会过度阻流。
3. 这些鳍片中竟然还可以通入冷却液，给气流起到降温+稳流的双重作用。
多方面提升制造水平
这种方案极大抑制了大规模湍流的产生。最终吹进工作区的气流，是与建造平面平行、速度更均匀、温度更可控的层流。而均匀、风向一致的气流平稳扫过整个建造平台，能够将激光熔化产生的烟尘高效推向排气口，避免烟尘在舱内滞留或循环。这自然带来了相当多的好处：
多光系统，任意开启
1. 多激光加工互不干扰，避免用户只敢开一排激光。
2. 导向气流能够有效清理光学元件前方的区域，确保激光路径清晰，并在长时间打印过程中保持性能稳定。
3. 减少烟尘在保护窗上的沉积，维持激光能量的稳定传输和聚焦，避免出现长时间打印须开舱擦拭保护镜片的情况出现。
质量提升，多层保障
1. 避免部分烟尘无法吹走落入粉末床，导致零件出现气孔、未熔合或表面粗糙等缺陷；
2. 避免烟尘吸收、散射激光能量，或污染保护镜，导致到达粉末床的激光功率衰减严重，进而造成质量问题。
惰性气氛，充足保障
稳定的气流能更好地维持舱内氧气含量在极低水平，防止金属粉末在高温下氧化。
这项技术对于小尺寸设备的影响并不明显，但对于米级的大尺寸设备，则会带来制造质量和制造效率的飞跃。
是“发展缓慢”，又是稳步、扎实
作为全球LPBF金属3D打印技术的创新领导者，EOS在大尺寸、多激光金属3D打印领域一直“发展缓慢”，但却表现出稳步、扎实的作风。
3D打印技术参考注意到，AMCM将在最新的M8K和即将推出的M10K机型上搭载AirSword™技术，这将使这两款装备在同类系统（单侧出风）与众不同。这也反映出EOS及AMCM，既要把金属3D打印的尺寸最大，更要保障制造质量的态度和决心。
M8K配备8台1千瓦光纤激光器，以M4K的成功为基础，第一款型号的构建体积为800x800x1200mm。而下一代的制造尺寸将达到800x800x1600mm。这些产品都将引入了AirSword ™等全新设计理念。
除此之外，3D打印技术参考还注意到，AMCM即将推出其构建面积为1000x1000mm的M10K机型，进一步满足来自航空航天等领域的客户使用需求。这些系统均可定制，还可搭载EOS光束整形技术。
END
建造空间越大，维持均匀风场的难度就越高。AirSword™系统实际上是一套静态优化与精密均流技术，它在气体进入成型舱之前，就将其“驯化”为均匀、稳定、方向一致的层流，使其在进入更大空间时仍能达到高效的“烟尘清理”能力，这是实现大尺寸零件质量一致性的前提，也是实现高性能量产的关键保障。
EOS推出的不仅仅是一套气流管理技术，还将推动工业规模LPBF技术的未来发展。AMCM销售主管Felix Bauer表示，“AirSword™ 使我们能够坚持使用经过验证的固定扫描仪方法——提供绝佳的打印速度和质量，而无需移动光学器件。”#增材制造#3D打印
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