增材制造（Additive Manufacturing，簡稱AM），也被廣泛稱為3D打印，是一種利用數(shù)字模型數(shù)據(jù)，通過逐層添加材料的方式來構建三維實體物件的制造技術。目前，增材制造技術已在多個行業(yè)中得到廣泛應用，包括航空航天、汽車、醫(yī)療、建筑、消費品制造等，其應用范圍仍在不斷擴大。

激光增材制造（Laser Additive Manufacturing，簡稱LAM）是一種先進的材料成形技術，屬于增材制造的一種形式。這種技術使用高能激光束來熔化并逐層沉積材料，從而構建出三維物體。

藍光激光器在增材制造領域的應用優(yōu)勢

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

金屬3D打印本質上是小規(guī)模的順序焊接，通過激光作為能量源熔化原材料，將其與相鄰材料連接起來。盡管不同激光增材制造方法的細節(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，該過程目標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挑戰(zhàn)，包括大量的飛濺、氣孔和能量浪費。而藍光可以被大多數(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用，但藍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（來源：nuburu）

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

圖2 在定向能量沉積測試中測量的構建速率，單位為cc/hr

來源：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

具體的應用來說，紅外激光器打印高反射材料（如金、純銅或鋁）的速度很慢，打印質量也很差。而藍光激光的優(yōu)勢延伸到打印黃金和制造純銅零件，開辟了珠寶、牙科和醫(yī)療植入物的應用，以及航空航天和電動汽車部件所需的零件。更高的速度以及改進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。

藍光激光器在增材制造領域的應用實例

國際機床巨頭DMG MORI開發(fā)的LASERTEC DED打印設備，包含一臺Laserline的藍色激光器，光源波長為450 nm，使加工銅成為可能。由于銅良好的導熱性，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。其良好的滑動性能也開辟了新的應用，例如用于風力渦輪機中的鍍銅滑動軸承。

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

2024年3月13日，金屬3D打印機開發(fā)商Meltio在芝加哥舉行的Additive Manufacturing Users Group (AMUG) 2024會議期間，推出新款激光金屬沉積（LMD）3D打印機M600，該設備特有的450nm波長藍色激光沉積頭優(yōu)化了自動化生產(chǎn)，配置了9路藍光激光，總功率達到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，標志著藍光激光器在處理高反材料的3D打印技術方面的一大進展。

圖4 多光束集成光內同軸送絲技術Meltio M600及同軸送絲復合熔覆頭

3500W藍光半導體激光器及其在增材制造領域的應用

廣東硬科院&卓劼激光3500W自由輸出藍光半導體激光器（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。激光波長為455±10nm，功率連續(xù)可調，最大輸出功率高于3500W，主要應用于有色金屬熔覆、淬火等，更大程度提高加工效率和加工質量。

圖5 BLD-455-3500自由輸出藍光半導體激光器，焊接頭

采用BLD-455-3500藍光激光器搭建了熔覆及增材制造裝置，并進行了紫銅和鈦鎳合金的增材制造打樣測試，效果如下。

圖6 3500W藍光機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便致力于藍光半導體激光器的研發(fā)，于2021年3月在慕尼黑上海光博會首次推出藍光半導體激光器至今，已形成自研藍光半導體激光器產(chǎn)品家族，從"自由空間直接輸出系列"到"光纖耦合輸出系列"，再到采用藍光+紅外復合技術的"藍光+紅外雙光束復合一體機"，產(chǎn)品覆蓋從100W至3500W的廣泛功率區(qū)間，充分滿足不同應用場景的使用需求。

圖8  廣東硬科院&卓劼激光藍光半導體激光器產(chǎn)品家族一覽

目前，藍光激光器市場正處于快速增長階段，隨著技術的逐漸成熟和成本的不斷下降，其應用范圍必將進一步擴大。

藍光激光器在增材制造領域的應用，標志著增材制造領域的一次重大飛躍，不僅提升了增材制造的效率和質量，更為材料科學和工程設計帶來了前所未有的創(chuàng)新機遇。我們有理由相信，隨著技術的不斷進步，藍光激光器必將引領增材制造步入一個更加高效、智能的新時代。

轉自：KCTII硬科院

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