增材制造（Additive Manufacturing，簡(jiǎn)稱(chēng)AM），也被廣泛稱(chēng)為3D打印，是一種利用數(shù)字模型數(shù)據(jù)，通過(guò)逐層添加材料的方式來(lái)構(gòu)建三維實(shí)體物件的制造技術(shù)。目前，增材制造技術(shù)已在多個(gè)行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，包括航空航天、汽車(chē)、醫(yī)療、建筑、消費(fèi)品制造等，其應(yīng)用范圍仍在不斷擴(kuò)大。

激光增材制造（Laser Additive Manufacturing，簡(jiǎn)稱(chēng)LAM）是一種先進(jìn)的材料成形技術(shù)，屬于增材制造的一種形式。這種技術(shù)使用高能激光束來(lái)熔化并逐層沉積材料，從而構(gòu)建出三維物體。

藍(lán)光激光器在增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

激光增材制造是藍(lán)光激光器商業(yè)用途中的一個(gè)重要領(lǐng)域。金屬的3D打印可以通過(guò)多種策略實(shí)現(xiàn)，包括粉末床熔融 （PBF）、直接能沉積 （DED） 或送絲熔融 （WFF）。

金屬3D打印本質(zhì)上是小規(guī)模的順序焊接，通過(guò)激光作為能量源熔化原材料，將其與相鄰材料連接起來(lái)。盡管不同激光增材制造方法的細(xì)節(jié)各不相同，但它們都需要將金屬加熱到熔合的程度（從軟化到熔化）。與焊接一樣，該過(guò)程目標(biāo)是將能量從光束傳遞到金屬，完成得越高效，速度就越快，成品零件的質(zhì)量就越高。

因此，焊接的基本原理在這里同樣適用，銅、金和鋁等反射金屬的吸收不良，給紅外激光增材制造帶來(lái)挑戰(zhàn)，包括大量的飛濺、氣孔和能量浪費(fèi)。而藍(lán)光可以被大多數(shù)金屬高效率的吸收，因此可以使用較低亮度的激光來(lái)產(chǎn)生控制良好的熔池，并且可以最大限度地減少飛濺顆粒。

因此，盡管目前紅外激光器也能被用于這些應(yīng)用，但藍(lán)光激光可以提供高零件密度、更高的打印速度。如圖1所示，藍(lán)光激光增材制造以比紅外低得多的能量密度生產(chǎn)高密度零件。

圖1 藍(lán)色激光增材制造以比紅外低得多的能量密度生產(chǎn)高密度零件（來(lái)源：nuburu）

有數(shù)據(jù)表明，采用藍(lán)色激光器（BL）取代了紅外光纖激光器(IR)，在相同打印質(zhì)量前提下，BL構(gòu)建速度比IR快7倍，而不銹鋼上快3倍，鈦上快1.5倍。

圖2 在定向能量沉積測(cè)試中測(cè)量的構(gòu)建速率，單位為cc/hr

來(lái)源：Blue industrial laser brings speed, quality, and efficiency to metal 3D printing

Sept. 14, 2022Blue laser technology currently under development will support the future expansion of additive manufacturing by delivering high resolution and high quality at higher print speeds.Mark Zediker,Jean-Michel Pelaprat

具體的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，紅外激光器打印高反射材料（如金、純銅或鋁）的速度很慢，打印質(zhì)量也很差。而藍(lán)光激光的優(yōu)勢(shì)延伸到打印黃金和制造純銅零件，開(kāi)辟了珠寶、牙科和醫(yī)療植入物的應(yīng)用，以及航空航天和電動(dòng)汽車(chē)部件所需的零件。更高的速度以及改進(jìn)的氣體管理將使大規(guī)模生產(chǎn)零件的3D打印民用化，并促成3D打印的更廣泛采用。

藍(lán)光激光器在增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例

國(guó)際機(jī)床巨頭DMG MORI開(kāi)發(fā)的LASERTEC DED打印設(shè)備，包含一臺(tái)Laserline的藍(lán)色激光器，光源波長(zhǎng)為450 nm，使加工銅成為可能。由于銅良好的導(dǎo)熱性，可以改善注塑模具和成型工具的冷卻性能，還可被用作火箭噴嘴隔熱罩中的鎳基高溫合金雙金屬。其良好的滑動(dòng)性能也開(kāi)辟了新的應(yīng)用，例如用于風(fēng)力渦輪機(jī)中的鍍銅滑動(dòng)軸承。

圖3 銅藍(lán)光打印案例（由DMG MORI Ultrasonic Lasertec GmbH支持）

2024年3月13日，金屬3D打印機(jī)開(kāi)發(fā)商Meltio在芝加哥舉行的Additive Manufacturing Users Group (AMUG) 2024會(huì)議期間，推出新款激光金屬沉積（LMD）3D打印機(jī)M600，該設(shè)備特有的450nm波長(zhǎng)藍(lán)色激光沉積頭優(yōu)化了自動(dòng)化生產(chǎn)，配置了9路藍(lán)光激光，總功率達(dá)到1000W，兼容多種金屬材料，M600能夠提高生產(chǎn)效率，降低成本。這款產(chǎn)品的面世，標(biāo)志著藍(lán)光激光器在處理高反材料的3D打印技術(shù)方面的一大進(jìn)展。

圖4 多光束集成光內(nèi)同軸送絲技術(shù)Meltio M600及同軸送絲復(fù)合熔覆頭

3500W藍(lán)光半導(dǎo)體激光器及其在增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用

廣東硬科院&卓劼激光3500W自由輸出藍(lán)光半導(dǎo)體激光器（BLD-455-3500）解決了高反材料表面熔覆及增材制造的難題，處于行業(yè)領(lǐng)先地位！

此款激光器激光束以自由空間的方式輸出，矩形光斑直接作用于材料表面，不需要額外的光纖或激光加工頭輸出，電光效率高。激光波長(zhǎng)為455±10nm，功率連續(xù)可調(diào)，最大輸出功率高于3500W，主要應(yīng)用于有色金屬熔覆、淬火等，更大程度提高加工效率和加工質(zhì)量。

圖5 BLD-455-3500自由輸出藍(lán)光半導(dǎo)體激光器，焊接頭

采用BLD-455-3500藍(lán)光激光器搭建了熔覆及增材制造裝置，并進(jìn)行了紫銅和鈦鎳合金的增材制造打樣測(cè)試，效果如下。

圖6 3500W藍(lán)光機(jī)器人熔覆及增材制造裝置

圖7 激光增材制造樣品

廣東硬科院&卓劼激光自成立以來(lái)便致力于藍(lán)光半導(dǎo)體激光器的研發(fā)，于2021年3月在慕尼黑上海光博會(huì)首次推出藍(lán)光半導(dǎo)體激光器至今，已形成自研藍(lán)光半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品家族，從"自由空間直接輸出系列"到"光纖耦合輸出系列"，再到采用藍(lán)光+紅外復(fù)合技術(shù)的"藍(lán)光+紅外雙光束復(fù)合一體機(jī)"，產(chǎn)品覆蓋從100W至3500W的廣泛功率區(qū)間，充分滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的使用需求。

圖8  廣東硬科院&卓劼激光藍(lán)光半導(dǎo)體激光器產(chǎn)品家族一覽

目前，藍(lán)光激光器市場(chǎng)正處于快速增長(zhǎng)階段，隨著技術(shù)的逐漸成熟和成本的不斷下降，其應(yīng)用范圍必將進(jìn)一步擴(kuò)大。

藍(lán)光激光器在增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用，標(biāo)志著增材制造領(lǐng)域的一次重大飛躍，不僅提升了增材制造的效率和質(zhì)量，更為材料科學(xué)和工程設(shè)計(jì)帶來(lái)了前所未有的創(chuàng)新機(jī)遇。我們有理由相信，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，藍(lán)光激光器必將引領(lǐng)增材制造步入一個(gè)更加高效、智能的新時(shí)代。

轉(zhuǎn)自：KCTII硬科院

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