金屬材料的增材制造（3D打印）工藝在航空、航天、航海、車輛、模具制造、醫療器械等領域的需求巨大。目前，應用于金屬增材制造工藝的熱源有激光束、電子束、微束等離子三大高能束及燒結熱輸入等，其中的激光束是金屬增材制造領域應用最廣泛的高能束熱源。與電子束、微束等離子熱源相比，激光束具有光斑細、成本低、可定向作用到指定材料位置等優點，可實現金屬材料的瞬間熔凝，滿足熔道搭接和零件成形的要求。
激光3D打印使用的激光器有光纖激光器、半導體激光器、Nd:YAG激光器和CO2激光器。不同材料對不同波長的激光吸收不同。通常，打印聚合物以CO2激光器為主，而金屬粉末的3D打印主要使用光纖激光器。根據加工方式的不同，激光增材制造可分為選擇性激光燒結、選擇性激光熔化、直接金屬激光燒結、激光粉末沉積、直接金屬沉積等等。其中，選擇性激光熔化（SLM）是目前使用最廣泛的金屬激光3D打印技術之一。選擇性激光熔化（SLM）打印設備的基本結構如圖所示。打印之前，要先對3D模型進行分層處理，然后確定掃描軌跡。第一步，用刮刀均勻地刮過工作臺，在上面鋪一層粉末；第二步，用激光在這層粉末上掃描特定軌跡讓其熔化，實現一層的打印；第三步，將工作臺往下移動一層，然后循環上述操作，使打印層從下往上堆疊起來，這樣就形成了所要打印的3D零件。為了防止氧化，整個過程要對工作艙抽除空氣并充入惰性氣體。激光3D打印對激光器的需求主要體現在兩個方面：一方面是功率與功率穩定性，另一方面是光束質量及光斑大小。3D打印成形過程主要靠的是激光的熱效應，激光強度必須超過一定的能量閾值才能使材料熔化，因此更關注激光器平均輸出功率，對于激光器的脈沖模式不敏感，因此通常使用連續光纖激光器，功率大致分布在100W~1000W之間。模型越大，層數越多，打印時間越長。一般持續時間在幾個小時到幾十個小時。所以，對于激光器長時間穩定運行提出了很高的要求。如果溫度偏高，金屬粉末可能會過燒、甚至會導致其他已成形的部分重熔；溫度偏低，金屬粉末熔化不徹底，粘合力不夠，成形構件形狀就可能保持不住。因此，激光器的功率穩定性對于打印質量至關重要。光束質量和光斑大小體現打印精度的關鍵參數之一。3D打印是通過激光束掃描成形的，激光的光斑越小，掃描的精度就越高，打印出來的模型分辨率就越高，肉眼可見的就是打印件表面越細膩。光束質量通常以BPP或M2來表征，M2越接近1，表明光束質量越好，激光能量越集中，對周圍的熱影響越小；同時，光束質量越好，對應的發散角度越小，聚焦出來的光斑也會相應更小。光惠激光（GW Laser Tech）作為全球高亮度光纖激光器領先者，隨著3D打印技術的興起，也在這一應用領域積極探索，推出了針對3D打印應用的500W單模10μm/14μm連續光纖激光器，面向醫療器械、汽車零部件、航空航天等領域。其中，10μm和14μm不同芯徑大小決定了光斑大小，主要影響激光功率密度，即單位面積的光能量大小，同等功率條件下，光斑尺寸越小，激光功率密度越大，高功率密度光斑適宜打印高熔點或者高反射的金屬粉末。? 超薄、輕量化設計，19寸1.5U高度設計，重量＜20kg，結構緊湊、體積小、重量輕，賦予無與倫比的集成便利性和靈活多用性。? 產品結構采用密閉設計，針對3D打印使用環境，大幅度提高激光器整體的可靠性，IP65防護等級，可持續在高溫、高濕、高粉塵等惡劣環境中運行。? 最大功率500W，足可以成形奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、鈦合金、鎳基高溫合金、鋁合金、鎂合金等常用金屬材料。? 功率穩定性好，每小時波動＜0.5%，保證超長時間打印的工藝一致性。? 光束質量好，M2<1.1，單模10/14μm光纖輸出，輸出光斑小，打印精度高。美光速造（FastForm）是一家專門研究與開發3D打印技術及裝備的企業，能夠提供頂尖的快速成型服務與配套解決方案。現已與光惠激光建立了深入合作，未來將在航空航天、汽車模型、生物醫療等領域關鍵零部件進行3D打印試驗及研究。推出FF-M140單激光產品，FF-M150教學專用機型，FF-M180D雙激光口腔專用機型，FF-M300H 1000W高功率激光工業機型，FF-M500雙激光機型，FF-M800四激光產品，并全部實現批量生產，支持定制國產化方案。自主開發多激光切片和路徑生成軟件FastLayer。設備完全實現全自動控制，無人值守操作。? 自帶攝像頭，可遠程實現全自動控制、無人值守操作。▲ 美光速造FF-M180D配合光惠500W激光器3D打印產品目前，3D打印已經進入了快速成型的時代，根據中商產業研究院的統計數據顯示，2021年下游應用領域中機械行業占比最多，達17.5%，其次為消費電子（16.6%）和汽車（16.1%）。隨著消費電子和汽車工業的快速發展，未來3D打印在這兩個領域中的應用領域將進一步擴大。在產業規模方面，按照中投網的預計：2021-2025年3D打印的年均復合增長率約為26.59%，2025年將達到701億元。3D打印涵蓋設備、材料以及服務三個方面，其中打印設備占大頭。根據CCID發布的數據顯示，2020年中國3D打印設備產業規模92.54億元，占比最高。目前3D打印設備的價格還相對較高，一方面源于國外的專利和壟斷，另一方面是因為我國3D產業起步晚，需求量少，自主化程度低。隨著我國高端制造業的升級發展、技術的發展和成本的下降，未來我國3D打印行業將會呈現國產化程度越來越高的趨勢。設備制造商之間的緊密合作對推動3D打印技術的規模化發展至關重要。光惠激光不僅專注激光產品技術的研究和創新，同時在激光加工工藝領域不斷探索，并致力于幫助客戶解決應用上的難題。美光速造作為一家國內領先的3D打印設備廠商，熟悉3D打印的各個環節，同時具有經驗豐富的咨詢顧問團隊，為客戶提供專業的3D打印領域的高端產品。未來，光惠激光將攜手美光速造一起推動激光3D打印技術在國內的應用和發展，助力產業升級。
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