Baochenxinの金属3Dプリント向け高安定性レーザー製品ソリューション

出典: 宝辰新

製造業がインテリジェンス化を進めていく中で、革新的な付加製造技術である 3D プリンティングが、従来の生産方法を徐々に変えつつあります。金属3Dプリントは、技術の段階的な成熟とコストの削減により、実際の生産でますます使用されるようになり、特に航空宇宙、自動車製造、医療機器などの分野では、3Dプリントで印刷されたさまざまなカスタマイズされた金属部品がますます一般的になりつつあります。

レーザー選択溶融金属 3D プリント

金属 3D プリントでは、金属粉末/金属線を原料とし、高エネルギービーム (レーザービーム/電子ビーム/アーク/プラズマビームなど) をエネルギー源として、適切なソフトウェアと CNC システムを使用して材料を層ごとに溶かして蓄積し、最終的に高性能の金属部品を製造します。

レーザーは金属 3D プリントのエネルギー源です。選択的レーザー溶融 (SLM)、直接金属レーザー焼結 (DMLS)、レーザーエンジニアリングネットシェーピング (LENS) など、レーザーによる金属 3D プリントを実現できる技術は数多くあります。その中で、SLM印刷は比較的優れた費用対効果比を持ち、高密度、高強度、高精度、高利用率などの利点があり、同時にコストが比較的低く、技術が成熟しており、現在、金属3D印刷の主流のソリューションとなっています。

画像ソース: インターネット選択的レーザー溶融法 (SLM) は、主に金属粉末材料の 3D 印刷に適しています。レーザービームを使用して、3D CAD スライスモデルで計画されたパスに従って、金属粉末ベッドを層ごとにスキャンします。スキャンされた金属粉末は溶融および固化されて冶金結合が実現され、最終的にモデルで設計された金属部品が得られます。

中国製SLMレーザーが直面する問題点

3Dプリントの上流における中核コンポーネントとして、レーザーの性能は最終製品の印刷効果に直接影響します。

レーザー選択溶融装置において、最も重要な構成要素はシングルモードファイバーレーザーです。金属部品の全体的な性能を一定に保ちながら高精度の印刷を実現するには、レーザーの出力、ビーム品質、信頼性などの指標を含め、レーザーの性能が長時間にわたって安定している必要があります。3D プリントされたワークピースは構造が複雑でサイズが大きいことが多いため、複数のレーザーを長時間連続して動作させる必要があることがよくあります。わずかな出力の減衰でも、最終的な印刷品質に悪影響を与える可能性があります。

これまで、国産レーザーの性能安定性は満足できるものではなく、特に出力に関しては長期運用後にある程度減衰していました。これまで金属3Dプリント用レーザーが海外メーカーによって独占されてきたのも、このためです。

宝辰鑫高安定性レーザー製品ソリューション

国内レーザーがSLMアプリケーションで遭遇する問題点を解決し、レーザー出力が長期間安定していることを保証するために、Baochenxin LaserはChuangxinレーザーデバイスプラットフォームを活用して、光学、回路、構造などのレーザー設計を最適化し、レーザー出力の長期安定性を確保します。従来のレーザーと比較して、ビーム品質 (M2 < 1.1)、応答速度 (10μs)、安定性 (±1%)、体積 (IU、2/3 削減) においてさらなる進歩を達成し、業界の顧客にコスト削減と効率向上のためのより信頼性の高いオプションを提供します。

図 1: Baochenxin 3D プリント専用レーザービーム品質テストデータチャート。
3Dプリント専用のレーザー製品

図2：Baochenxinの3Dプリント専用レーザー製品。
宝晨鑫はマックスフォトニクスの垂直統合型リソースの優位性を活用し、コアコンポーネントの95%以上の独立した研究開発と生産を実現し、そのパフォーマンスは世界をリードするレベルに達しています。

3Dプリント業界の特性に応じて、Baochenxinは専用レーザーとサポートサブシステムを提供し、複数の出力範囲（300W、500W、1000W、500 / 4000Wなど）をカバーし、シングルモード/マルチモードの調整可能なスポット設計、高品質で高安定性の光学特性を備え、先進的で柔軟な外観設計と組み合わされ、大きな構造部品と複雑な詳細の印刷をサポートし、さまざまなタイプの3Dプリントの実際の生産現場の要件を満たすことができます。また、次の次元から顧客に最適なオプションを提供できます。

（１）電気光変換効率を向上させる。高効率の電気光変換は最大 40% に達し、印刷プロセス中のエネルギー消費と熱の蓄積を削減するだけでなく、顧客の生産コストも節約します。

（２）印刷効率と安定性を向上する。レーザーパワーの 0% ～ 100% のオン時間は 10μs 以下に制御されます。これは従来のレーザーオン時間の 1/10 であり、実際の処理効率が効果的に向上します。安定性に関しては、短期電力安定性は±1％、長期電力安定性は±2％であり、印刷プロセス中の信頼性が高く高品質の溶融と凝固を保証します。

（３）機械サイズを最適化し、インターフェースと通信機能を追加する。機能はそのままに、レーザー全体のサイズは標準の 1U シャーシで、従来のシングルモード連続ファイバーレーザーに比べて 2/3 近く最適化されており、設備/生産ラインのスペースを節約し、顧客の統合を容易にしてコストを削減するのに役立ちます。簡単な操作、便利なデバッグ、豊富なインターフェース、バス通信のサポートにより、顧客の統合が大幅に向上します。

（３）印刷品質を確保するために、シングルモード/マルチモードの調整可能なモードを提供します。 3D プリントの成形品質の問題点を解決するために、Baochenxin 3D プリント専用のデュアルビーム (シングルモード/マルチモード調整可能) レーザーは、シングルモード/マルチモードの柔軟で調整可能なモードで対応します。シングルモードでは小スポットの高エネルギービームを実現でき、マルチモードでは均一なエネルギー分布を実現でき、異なるスポットモード (ガウス/均質化) を異なるプリント領域に選択できます。同時に、デュアルビーム印刷プロセスではスパッタが少なくなり、溶融材料が溶融池の底に導かれるため、溶融プロセス中にガスが排出され、成形の品質が確保されます。

図 3: シングルモード/マルチモードの調整可能な光スポット。
実用化

Baochenxin の 3D プリント専用レーザーは業界で広く導入されています。長江デルタの大手積層造形企業では、Baochenxinの専用3Dプリントレーザーを搭載した金属3Dプリント設備が安定的に稼働しています。 Baochenxin は、中国で最も早く 3D プリントレーザーのセグメント化されたアプリケーションの研究開発に取り組んだメーカーの 1 つとして、2018 年にセグメント化された市場調査を開始し、セグメント化された顧客の実際の需要シナリオに焦点を当て、コスト効率の高い業界固有のレーザー製品を開発しました。

ある金属とナイロンの高級積層造形応用プロジェクトでは、顧客は国内の超大型工業用金属積層造形（3Dプリント）設備メーカーです。その産業応用は、航空宇宙、医療歯科、整形外科、新エネルギー、金型などの分野をカバーしています。ヨーロッパ、アメリカ、海外諸国への設備輸出はほぼ50％を占めています。顧客は、印刷品質、印刷精度、印刷安定性などに関して非常に高いプロセス基準を持っているため、レーザーの性能指標に対しても非常に高い要求を持っています。 Baochenxin 3D プリントレーザーは、高いビーム品質 (M2 < 1.1)、±1.5% 以内の安定性、10μs 以内に制御された応答速度により、顧客のオンラインテスト検証に合格し、現在、端末サイトで安定して動作しています。

図 4: Baochenxin 3D プリントレーザーは、金型の高精度 3D プリントを実現します。
結論

Baochenxin のレーザー選択溶融 (SLM) に基づく 3D 印刷専用ファイバーレーザーは、コンパクトな構造、高ビーム品質、高信頼性などの特徴を備えているだけでなく、デバイスの統合と光学設計の最適化に基づいて、レーザー出力の安定性を長期間にわたって確保できるため、ワークピースの印刷品質を確保できます。

現在、宝晨鑫の3Dプリントレーザー製品ソリューションは、その高性能、安定性、幅広い適用性、容易な統合により、積層造形市場で重要な地位を占めており、航空宇宙、自動車製造、金型製造、医療機器、3C分野で広く使用されています。設置容量は国内レーザーのトップレベルにあります。次のステップでは、Baochenxin は 3D 印刷業界の顧客のレーザーシステムのアプリケーションニーズをターゲットにし、顧客と協力してより完全で包括的なレーザーソリューションを共同で研究および作成し、3D 印刷プロセスの改善と技術の進歩を促進します。

世界最大の製造市場の一つである中国では、3D プリント技術に対する需要が非常に高く、この技術が発展し、普及するにつれて、この需要は今後も増加し続けるでしょう。標準的なレーザー製品から差別化されたレーザー製品ソリューションまで、Baochenxin は市場と業界の顧客のニーズを深く理解し、市場の需要をよりよく満たす 3D プリントレーザー製品ソリューションを開発し、3D プリントの技術革新とアプリケーション革新を推進し、主要コンポーネントの現地化を実現し、高品質レーザーにおける外資の独占を打ち破りました。

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