多年來 ，積層製造已從關鍵應用的原型設計發展到批量生產，並不斷面臨生產更複雜的幾何形狀、 滿足更高的品質要求及產量需求的挑戰。為應對這些挑戰，業界不僅需要創新的設備硬體，需要優化並引入新的軟體功能。
在過去，工藝監測主要用於識別成型過程中的中斷問題，然後將其與零部件特性相關聯。這些資料還可用於改進工藝參數或零部件方向，以便進行下一次零部件成型的反覆運算。如今EOS的成型監控軟體 SmartFusion 將工藝監測提升到了全新水準。該軟體使用來自 EOSTATE Exposure 光學斷層掃描 (OT) 監控系統的圖像來確定最佳能量輸入，從而管理零部件的熱特性。
懸垂角為 0且無需任何支撐結構的航空航太燃料箱 Launcher
零部件的一般資訊及挑戰
EOS Smart Fusion 閉環智慧熔融技術實現工藝改進的典型案例之一是在 EOS M 300-4 金屬積層製造系統中用Ti6Al4V鈦合金生產Launcher火箭燃料箱。該燃料箱是航天器推進系統的關鍵元件，用於儲存推動航天器進入太空的燃料。為進入太空，需要使用八個燃料箱為軌道衛星運載工具和平臺提供燃料。圖1顯示了通過EOS 技術積層製造的燃料箱模型以及連接在 EOS M 300-4 成型基板上的成型零部件。
▲ 圖1：Launcher燃料箱：積層製造模型、 3D列印零部件和帶有切割蓋的成品零部件 (圖片來源: EOS)
該零部件的成型主要面臨兩個挑戰：
- 燃料箱蓋具有10°- 0° 的懸垂角度，以及需要盡可能少地使用支撐結構來生產該零部件。必須在滿足所有功能要求的同時解決這兩個挑戰。該燃料箱的直徑為290mm，高度為400mm ，需要利用 EOS M 300-4 積層製造系統的全部成型空間。
- 其壁厚小於3mm，在變形和幾何精度方面十分具有挑戰性。
圖片顯示了該燃料箱的內部截面— 無支撐結構的懸垂部分以黃色（10度）和紅色（0度）高亮顯示。
▲ 圖2：Launcher 燃料箱的橫截面視圖 – 查看蓋子的內部。黃色表示燃料箱的10度懸垂部分，紅色表示燃料箱的 0度閉合部分 (圖片來源: EOS)
成型工藝
EOS的Smart Fusion閉環智慧融合工藝改進了熱管理，可在不產生人為延遲的情況下生產燃料箱，並且可以構建無支撐的10°-0 ° 懸垂部分，而標準工藝只能構建30至40度的懸垂部分且在照射期間會產生額外的處理延遲。該燃料箱的支撐結構只是為了將其固定在基板上。測試結果顯示，其表面光潔度均勻，沒有開放的表面孔隙且幾何形狀穩定，如圖3所示。
▲ 圖3：燃料箱的內壁表面和橫截面 (圖片來源: EOS)
大型葉輪的生產
使用 L-PBF AM 技術製造葉輪面臨一些挑戰：
→ 複雜設計的製造可行性
→ 表面光潔度
→ 包括後處理在內的單件成本
該零部件採用特殊的實體支撐成型，以確保其具有抗變形穩定性，該零部件的重量為28 kg，角度為 62.5°。只有角度小於5度的小區域才使用最小支撐線進行支撐。80μm IN625工藝與Smart Fusion配合使用。整個成型過程耗時70 小時，鋪粉較厚，是最具挑戰性的鋪粉裝置，旨在防止任何變形。
▲ 葉輪在 M 400-4上成型。該大型零部件的直徑約為 390 mm (圖片來源: EOS)
▲ 該零部件不同位置的橫截面（未蝕刻）a)全域，b)上表皮，c)下表皮，d)芯部 (圖片來源：KSB)
Smart Fusion 閉環智慧熔融是全新的積層製造解決方案，可解決工程師和業界所面臨的多種挑戰。借助該技術，工程師能夠構建難以成型的幾何形狀、減少浪費並提高成品品質。這項新技術將在未來得到進一步發展、為行業帶來更大便利，並使工程師能夠創造出更加創新和複雜的設計。
- 構建難以成型的幾何形狀
借助Smart Fusion，工程師能夠設計和製造具有複雜幾何設計的零部件 ，例如極端的懸垂結構、 極薄的內壁或圓頂結構，從而開闢全新的應用領域。
- 對成型時間沒有負面影響
與其他解決方案不同，Smart Fusion不會影響成型時間。Smart Fusion 不會產生額外的等待或冷卻時間。
- 提高機器利用率
Smart Fusion 減少了對支撐結構的需求，從而提高了機器利用率，可以更高效地利用資源並降低生產成本。
- 減少浪費
通過減少對支撐結構的需求，Smart Fusion 還減少了製造過程中產生的廢物量，既環保又具有成本效益。
- 靈活設計
借助 Smart Fusion，工程師可以更加靈活地進行設計。這意味著可以針對更多應用開展生產製造並實現積極的業務案例，同時可以在不改變設計的情況下使更多傳統應用變得更加可行。
- 縮短產品上市時間
Smart Fusion 包含自動化功能，可幫助工程師更快地找到正確的參數，從而縮短新產品的上市時間，這對於需要保持競爭力的企業而言至關重要。
- 降低單件成本
(CPP) 使積層製造對於供應鏈整合更具吸引力。該技術因此將在製造業中得到更廣泛的採用和更廣泛的使用。