文/深圳市寶辰鑫激光科技有限公司 

隨著制造業(yè)不斷向智能化方向邁進，3D打印作為一種革命性的增材制造技術(shù)，正在逐漸改變著傳統(tǒng)生產(chǎn)方式。也正因為其技術(shù)的逐漸成熟和成本的降低，金屬3D打印正越來越多地被應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，尤其是在航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，3D打印的各種定制化金屬零部件正日益普遍。

激光選區(qū)熔化金屬3D打印

金屬3D打印，是以金屬粉末/絲材為原料，以高能束（激光束/電子束/電弧/等離子束等）作為能量源，配合適當(dāng)?shù)能浖�與數(shù)控系統(tǒng)，將材料逐層熔化堆積，最終制造出高性能的金屬構(gòu)件的加工方式。

激光器作為實現(xiàn)金屬3D打印的一種能量源，有多種技術(shù)能通過激光實現(xiàn)金屬3D打印，比如激光選區(qū)熔化（SLM）、直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）、激光工程凈成型（LENS）等。其中SLM打印性價比相對占優(yōu)，具備高致密度、高強度、高精度、高利用率的優(yōu)勢，同時成本相對較低，技術(shù)發(fā)展成熟，是當(dāng)前金屬 3D 打印主流的解決方案。

激光選區(qū)熔化（SLM，selective laser melting）主要適用于金屬粉末材料的3D打印，它按照三維CAD 切片模型中規(guī)劃好的路徑，利用激光束在金屬粉末床層進行逐層掃描，掃描過的金屬粉末經(jīng)過熔化、凝固達到冶金結(jié)合，最終獲得模型所設(shè)計的金屬零件。

SLM中國產(chǎn)激光器面臨的痛點

激光器作為3D打印上游的核心部件，其性能直接影響著最終產(chǎn)品的打印效果。

在激光選區(qū)熔化裝備中，最核心的部件就是單模光纖激光器。要想實現(xiàn)金屬零部件整體性能一致的高精度打印，激光器的性能必須能夠在長工作時間內(nèi)保持穩(wěn)定，這包括激光器的輸出功率、光束質(zhì)量、可靠性等指標(biāo)；因為3D打印的工件往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也可能較大，往往需要多臺激光器長時間連續(xù)工作，任何微小的功率衰減都可能會對最終打印質(zhì)量帶來不利影響。

過去，國產(chǎn)激光器在性能穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)不盡人意，尤其是功率輸出方面，長時間工作會有一定衰減。這也是過去金屬3D打印用激光器長期被國外廠商壟斷的原因。

寶辰鑫高穩(wěn)定性激光產(chǎn)品方案

為了解決在SLM應(yīng)用中國產(chǎn)激光器遭遇的痛點問題，確保激光器輸出功率長時間保持穩(wěn)定，寶辰鑫激光借助創(chuàng)鑫激光器件平臺的優(yōu)勢，優(yōu)化激光器在光學(xué)、電路、結(jié)構(gòu)等方面的設(shè)計，很好地保證了激光功率長時間輸出的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)激光器相比，在光束質(zhì)量（M2＜1.1）、響應(yīng)速度（10μs）、穩(wěn)定性（±1%）和體積（IU，減小2/3）等方面實現(xiàn)進一步突破，為行業(yè)客戶提供更多可靠的降本增效選擇。

圖1：寶辰鑫3D打印專用激光器光束質(zhì)量測試數(shù)據(jù)圖。 

3D打印專用激光器產(chǎn)品

圖2：寶辰鑫3D打印專用激光器產(chǎn)品。

寶辰鑫依托創(chuàng)鑫激光垂直整合的資源優(yōu)勢，已實現(xiàn)95%以上的核心器件自主研發(fā)生產(chǎn)，并且性能達到世界領(lǐng)先水平。

根據(jù)3D打印行業(yè)特性，寶辰鑫提供專用激光器及配套子系統(tǒng)，涵蓋多功率段選擇（300W、500W、1000W、500/4000W等），同時有單模/多模可調(diào)光斑設(shè)計，高質(zhì)量高穩(wěn)定的光學(xué)特性，結(jié)合先進靈動的外觀設(shè)計，支持大型結(jié)構(gòu)件及復(fù)雜細節(jié)的打印，可滿足多類型的3D打印實際生產(chǎn)場景需求；并能從以下多個維度為客戶提供最優(yōu)選項：

（1）提升電光轉(zhuǎn)化效率。高效能的電光轉(zhuǎn)換最高可達40%，不僅降低了能源消耗，減少了打印過程中的熱量積累，也為客戶節(jié)約生產(chǎn)成本。

（2）提升打印效率及穩(wěn)定性。激光器功率從0%-100%開啟時間，控制在不大于10μs，是傳統(tǒng)激光器開啟時間的1/10，有效提高實際加工效率。在穩(wěn)定性方面，短時功率穩(wěn)定性為±1%，長時功率穩(wěn)定性為±2%，確保打印過程中的熔化和固化可靠、高質(zhì)量。 

（3）優(yōu)化機型尺寸，增加接口和通信功能。在功能不變的情況下，激光器整個尺寸是標(biāo)準的1U機箱，相對于傳統(tǒng)的單模連續(xù)光纖激光器優(yōu)化了近2/3，節(jié)約設(shè)備/產(chǎn)線空間，幫助客戶更易集成、降本。操作簡單、調(diào)試便捷，豐富的接口和支持總線通信，極大提升了客戶的集成度。

（4）提供單模/多�？烧{(diào)模式，保障打印質(zhì)量。為解決3D打印成形質(zhì)量痛點，寶辰鑫3D打印專用雙光束（單模/多�？烧{(diào)）激光器，以單模/多模靈活可調(diào)的模式來應(yīng)對：單�？蓪崿F(xiàn)小光斑高能量光束，多�？蓪崿F(xiàn)均勻能量分布，不同打印區(qū)域可選擇不同光斑模式（高斯/勻化）。同時，雙光束打印過程飛濺少，融化的材料被導(dǎo)向熔池底部，有助于融化過程氣體排出，保障成形質(zhì)量。

圖3：單模/多�？烧{(diào)光斑。

實際應(yīng)用

寶辰鑫3D打印專用激光器已經(jīng)在業(yè)界廣泛部署。在長三角某大型增材企業(yè)現(xiàn)場，搭載寶辰鑫3D打印專用激光器的金屬3D打印設(shè)備，正在穩(wěn)定運行中。作為國內(nèi)最早一批投身3D打印激光器細分應(yīng)用研發(fā)的廠商之一，寶辰鑫早在2018年就開啟了細分市場研究，貼近細分客戶的真實需求場景，研發(fā)高性價比的行業(yè)專用激光器產(chǎn)品。

在某金屬和尼龍高端增材制造應(yīng)用項目中，客戶為國內(nèi)某超大型工業(yè)級金屬增材制造（3D打印）設(shè)備制造商，其行業(yè)應(yīng)用覆蓋航空航天、醫(yī)療齒科、骨科、新能源、模具等多個領(lǐng)域，設(shè)備出口歐美及海外各國家占比近50%�？蛻魧Υ蛴≠|(zhì)量、打印精度、打印穩(wěn)定性等各方面工藝標(biāo)準極高，對激光器的性能指標(biāo)要求也就極高。寶辰鑫3D打印激光器以高光束質(zhì)量（M2＜1.1）、穩(wěn)定性在±1.5%，響應(yīng)速度控制在10μs內(nèi)的高標(biāo)準，通過了客戶上線測試驗證，現(xiàn)已在終端現(xiàn)場穩(wěn)定運行。

圖4：寶辰鑫3D打印激光器實現(xiàn)工業(yè)件的高精度3D打印。 

結(jié)語

寶辰鑫基于激光選區(qū)熔化SLM的3D打印專用光纖激光器，不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊、光束質(zhì)量高、可靠性高的特點，而且其基于器件整合、光學(xué)設(shè)計的優(yōu)化，可以很好地保證激光功率長時間輸出的穩(wěn)定性，從而保證工件的打印質(zhì)量。

目前，寶辰鑫3D打印激光產(chǎn)品方案以其高性能、穩(wěn)定性、廣泛適用性和易于集成等特點，在增材制造市場中占據(jù)了重要的地位，并在航空航天、汽車制造、模具制造、醫(yī)療器械及3C等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，裝機量在國產(chǎn)激光器中屬于領(lǐng)先水平。下一步，寶辰鑫將針對3D打印行業(yè)客戶對激光系統(tǒng)的應(yīng)用需求，以更加完善、綜合的激光解決方案，與客戶共研共創(chuàng)，推動3D打印工藝改善、技術(shù)進步。