基于SLM的增减材混合制造新形式：激光熔融与超快激光切割相结合
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今年，汉邦科技推出了一项称为激光增材微切割混合制造的新技术（Laser Additive & Cutting Manufacturing，简称LACM），其将选择性激光熔融和超快（如皮秒、飞秒）激光切割技术结合，在每一层打印完成后采用超快激光对零件轮廓进行精细化加工，从而直接制造出高表面质量的零件。这是继3D打印和传统机械减材混合制造之后又一种新的技术整合。
本期我们介绍的重点就在于SLM与超快激光切割技术的结合所能达到的工艺效果和潜在的应用情况。
基于SLM的增减材混合制造的应用背景与形式
即便SLM在所有金属打印中已经是具有较高精度和表面质量的工艺，但对于很多应用来说，SLM打印出的零件表面较为粗糙，很多时候需要进行二次加工才能得到高精度表面。对于具有复杂内部流道的零件，如随形冷却水路、冲压发动机和火箭发动机再生冷却流道，难以实现对内部表面的有效再处理。笔者在一次交流会上听到航天系统的有关人员介绍，现在SLM所制造的带有内部流道的结构，只能是凑合用。
推力室复杂流道结构
这实际上对SLM制造的精度和表面质量提出了更高的要求，而基于SLM的增减材混合制造设备目前已知的品牌并不多，国内更是鲜见。将数控加工与增材制造进行有机集成，可实现打印与精加工和表面处理同步完成，它直接带来了3D打印精确度和表面质量的提高。
SLM+数控加工混合制造过程
然而目前看来，数控加工与增材制造的结合仅是增减材混合制造的一种形式。将超快激光切割技术与SLM相结合，则成为一种新的探索。超快激光切割材料时，每一个脉冲与材料相互作用的持续时间很短，避免了热扩散，属冷加工过程，基本上消除了类似于长脉冲加工过程中的熔融区、热影响区、冲击波等多种效应对周围材料造成的影响和热损伤，具有极高的的加工精度。
LACM技术特点
• 屏蔽掉圆角，塌角等问题；
• 可实现高薄壁的结构，可达80微米壁厚；
• 零件可以直接使用，或简单加工后使用；
• 成型精度达微米级，大幅降低粗糙度。
与数控加工相比，超快激光微切割，避免了频繁的换刀过程以及切削造成的粉末污染和铺粉质量问题，更不存在刀具磨损，能够显著提高加工效率；同时，超快激光的冷加工和柔性加工特点，避免了机械加工过程中的应力产生；此外，激光切割无切削力，加工无变形，可加工不能承受刀具切削力的精细结构和受刀具大小限制的结构，在一些应用领域能达到更高的制造要求。
• 激光增材、激光减材；
• 可加工深内锥孔零件；
• 激光减材不影响粉末污染及铺粉质量；
• 可加工刀具大小受限的零件；
• 可加工光洁面薄壁件，光洁面内腔件；
• 可加工不能承受刀具切削力的精细结构；
• 减材效率高，无需对刀，无需刀具冷却；
• 可加工超高径深比孔，孔深几乎不受限；
• 可选配上表面、台阶面机械铣平功能，高效快速一步到位生产各种精密终端零件。
实现高精度、高质量金属3D打印
激光增材微切割金属3D打印混合制造技术理论上可以达到更高的精度，并能制造非常薄的金属部件。据汉邦科技介绍，采用100*100*100mm的打印设备，LACM工艺可以将零件一次成型的精度控制在0.02mm以内，最低成型壁厚达到0.08mm，典型的粗糙度也可控制在3μm，零件无需后处理或者经简单加工即可直接使用。这些数据笔者也与相关负责人经过了反复确认。
采用LACM工艺直接打印的未经处理的零部件
采用LACM工艺直接打印的高表面质量零部件
良好的表面质量势必能够满足更多的应用需求，据汉邦科技介绍，LACM技术未来可以有效应用于精密模具、医疗齿科植体、精密内腔终端零件以及微结构零件等制造领域。
采用LACM工艺直接打印的高表面质量零部件
将增材制造与超快激光切割相结合的混合制造方式，在国际范围内并不多见，比较有名的是2017年美国PolarOnyx公司将飞秒激光既用于增材也用于减材，其专有的技术为航空航天、国防、生物医学、传感器和通信等许多快速增长的行业提供了各种机会。
此外，汉邦科技总经理提到，该公司激光增材微切割技术从2013年开始研发，到初步应用于产品，经历了6年时间，这也得益于公司早期在精密激光切割领域的耕耘。笔者认为，对于技术本身来讲，两种技术的结合非常新颖，但如何让超快激光发挥更显著的作用，达到更好的表面质量，可能还需要更多的探索。我们期待汉邦科技能够在此项技术上继续深耕，开发出更多创新应用。
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