多激光系统：重叠区域的挑战
缝合、羽流和热量积聚：12 台激光器如何同时控制建筑板。
1。简介：生产力竞赛
使用单个激光器的激光粉床融合 (PBF-LB) 系统每小时只能制造几立方厘米的金属。激光不足以在合理的时间内经济地生产大型部件（例如发动机组或巨大的火箭发动机）。因此，该行业开发了具有两个、四个、八个、现在多达十二个激光器（多激光器系统）的机器，可同时在一个组件上工作。
但是添加激光并不是简单的数学运算。当多个高功率激光器在同一粉末层上运行时，就会出现全新的物理挑战。
为什么所有激光都不能随处打印？
每个激光器都通过镜子（检流计）安装在施工空间上方的特定位置。激光束偏转得越远，聚焦质量就越差，边缘处的激光光斑变得越椭圆。因此，每台激光器都有一个定义的场（扫描场），在该场中它可以最佳地工作。这些字段在中间（缝合区域）重叠。
2。重叠区（拼接区）的问题
如果一个激光打印大型组件的左侧部分，而另一台激光打印右侧部分，则两半必须在中间完美连接。
- 接缝（缝合）：如果两个激光恰好在一条线上相遇，则会产生焊缝。该焊缝在冶金学上极易产生裂纹或未熔合。如果这条接缝线是在完全相同的 X/Y 位置穿过所有 5,000 层绘制的，则会在组件中创建一个巨大的预定断裂点。
- 解决方案：移动。现代软件将重叠区域（缝合区域）每层移动几毫米。接缝不是笔直向上穿过组件，而是呈之字形（移位缝合）。这消除了弱点。
3。烟雾和烟雾（飞溅和羽流）
当激光熔化粉末时，会产生焊接烟雾（羽流），并且金属飞溅物会飞过腔室。保护气体（氩气流）吹掉这些烟雾。
如果四个激光器同时工作，会产生四倍的烟雾。当激光器 A 在激光器 B 气流的逆风中运行时，来自 A 的激光束穿过来自 B 的烟雾云。烟雾吸收了激光能量，激光器 A 损失了大量功率，并且下面的粉末无法正常熔化（形成阴影）。复杂的算法为激光器分配动态范围，这样任何激光器都不会在另一个激光器的“烟雾阴影”中工作。
4。 12 个激光器的热管理
1 千瓦的激光将巨大的热量带入粉末床。十二个激光产生真正的热量积聚。
如果 12 个激光同时扫描一个小空间，组件就会不受控制地升温。熔池爆炸，粉末蒸发，部件变得无法使用。软件必须计算激光路径，以便激光器始终在彼此最大距离处工作，并为局部区域提供足够的时间冷却，而不会降低生产率。
5。结论：软件是瓶颈
多激光机（如 Nikon SLM NXG XII 600）是物理杰作，但它们的成功取决于指挥管弦乐队的软件。当校准系统（微米级精度的激光对准）和气流模拟完美配合时，多激光系统可实现最终将粉末床 3D 打印带入大规模汽车生产时代的构建速度。