透过火箭燃料箱增材制造挑战，理解智能控制技术的价值
多年来 ，粉末床激光选区熔融 (L-PBF) 金属增材制造已从关键应用的原型设计发展到批量生产，并不断面临生产更复杂的几何形状、 满足更高的质量要求及产量需求的挑战。为应对这些挑战，业界不仅需要创新的机器硬件，而且需要改进曝光策略并引入新的软件功能。
在过去，工艺监测主要用于识别成型过程中的中断问题，然后将其与零部件特性相关联。这些数据还可用于改进工艺参数或零部件方向，以便进行零部件成型的下一次迭代。
如今，工业级增材制造设备企业EOS的成型控制软件—Smart Fusion闭环智能熔融技术将工艺监测提升到了全新水平。近日，EOS 在《Smart Fusion实践指南》中揭示了这一技术。
© EOS
Smart Fusion技术工作原理
Smart Fusion 软件使用来自EOSTATE Exposure 光学断层扫描 (OT) 监控系统的图像来确定最佳能量输入，从而管理零部件的热特性。Smart Fusion 闭环智能熔融技术可用于生成此前无法成型的几何形状 ，从而明显改善成型能力，且不会对成型时间和材料特性产生任何负面影响。此外 ，Smart Fusion 可以显著减少支撑结构 ，从而缩短成型时间、 后处理时间并减少材料浪费 ，使基于LPBF 工艺的直接金属激光熔融(DMLS) 增材制造技术更具可持续性。
EOSTATE Exposure OT 可⽤于监测零部件每⼀层的热⾏为。然后，控制器会确定维持均匀热分布所需的激光功率校正因⼦。在下⼀层中，会考虑这些校正因⼦，并相应地调整激光功率。这⼀过程将以约100 µm的极⾼光学分辨率逐层重复。因此，获得正确零部件所需的迭代次数将减少到1，并且能够尽可能减少⽀撑结构。
案例
零部件的一般信息及挑战
EOS Smart Fusion 闭环智能熔融技术实现工艺改进的典型案例之一是在 EOS M 300-4 金属增材制造系统中用Ti6Al4V钛合金生产Launcher火箭燃料箱。
该燃料箱是航天器推进系统的关键组件，用于储存推动航天器进入太空的燃料。为进入太空，需要使用八个燃料箱为轨道卫星运载 工具和平台提供燃料。图1显示了通过EOS 技术增材制造的燃料箱模型以及连接在 EOS M 300-4 成型基板上的成型零部件。
图1. Launcher燃料箱：增材制造模型、 3D打印零部件和带有切割盖的成品零部件。
该零部件的成型主要面临两个挑战：燃料箱盖具有10°- 0° 的悬垂角度，以及需要尽可能少地使用支撑结构来生产该零部件。必须在满足所有功能要求的同时解决这两个挑战 。该燃料箱的直径为290mm，高度为400mm ，需要利用 EOS M 300-4 增材制造系统的全部成型空间。
其壁厚小于3mm，在变形和几何精度方面十分具有挑战性。
图2 显示了该燃料箱的内部截面-无支撑结构的悬垂部分以黄色 （ 10 度） 和红色 （0 度）高亮显示。
图2 Launcher 燃料箱的横截面视图 – 查看盖子的内部。黄色表示燃料箱的 10 度悬垂部分 ，红色表示燃料箱的 0 度闭合部分。
成型工艺
EOS 的Smart Fusion 闭环智能融合工艺改进了热管理，可在不产生人为延迟的情况下生产燃料箱 ， 并且可以构建无支撑的10°-0 ° 悬垂部分 ， 而标准工艺只能构建30至40度的悬垂部分且在照射期间会产生额外的处理延迟。该燃料箱的支撑结构只是为了将其固定在基板上。
测试结果显示，其表面光洁度均匀，没有开放的表面孔隙且几何形状稳定 ， 如图3所示。
图3. 燃料箱的内壁表面和横截面。
Smart Fusion 闭环智能熔融是全新的增材制造解决方案，可解决工程师和业界所面临的多种挑战。借助该技术，工程师能够构建难以成型的几何形状、减少浪费并提高成品质量。这项新技术将在未来得到进一步发展、为行业带来更大便利，并使工程师能够创造出更加创新和复杂的设计。
→ 构建难以成型的几何形状
借助Smart Fusion，工程师能够设计和制造具有复杂几何设计的零部件 ，例如极端的悬垂结构、 极薄的内壁或圆顶结构 ，从而开辟全新的应用领域。
→ 对成型时间没有负面影响
与其他解决方案不同，Smart Fusion不会影响成型时间。Smart Fusion 不会产生额外的等待或冷却时间。
→ 提高机器利用率
Smart Fusion 减少了对支撑结构的需求，从而提高了机器利用率， 可以更高效地利用资源并降低生产成本。
→ 减少浪费
通过减少对支撑结构的需求，Smart Fusion 还减少了制造过程中产生的废物量，既环保又具有成本效益。
→ 灵活设计
借助 Smart Fusion，工程师可以更加灵活地进行设计。这意味着可以针对更多应用开展生产制造并实现积极的业务案例，同时可以在不改变设计的情况下使更多传 统应用变得更加可行。
→ 缩短产品上市时间
Smart Fusion 包含自动化功能，可帮助工程师更快地找到正确的参数 ， 从而缩短 新产品的上市时间，这对于需要保持竞争力的企业而言至关重要。
→ 降低单件成本
(CPP) 使增材制造对于供应链整合更具吸引力。该技术因此将在制造业中得到更广泛的采用和更广泛的使用。
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