激光束整形技術助力單激光器金屬3D打印實現(xiàn)超430 cm3 /小時的生產(chǎn)速度！

2023年11月，南極熊獲悉，Equispheres和Aconity3D合作開發(fā)的構建速度比金屬增材制造行業(yè)標準高出近九倍，特別是對于鋁粉末和激光粉末床融合。兩家公司之間深入地挖掘了其設備和材料技術的潛力，利用 Aconity3D 的打印設備、激光束整形技術和 Equispheres 的 NExP-1 AM 粉末，實現(xiàn)了單激光器超過 430 cm3 /小時的生產(chǎn)速度。


△Equispheres獨特的鋁合金粉末顆粒放大至50μm

光束整形和專用粉末提高了激光粉末床熔合生產(chǎn)率

●粉末材料


△Equispheres獨特的鋁合金粉末顆粒放大至200μm

Aconity3D 的 Martin Buscher 解釋道：“NExP-1 粉末對于實現(xiàn)高速度性能至關重要，粉末具有卓越的性能，非常適合高速工作，其特性可實現(xiàn)最佳的熔化行為，這是使用高功率激光以高速度實現(xiàn)打印所必需的。”

Equispheres 使用獨特的制造工藝生產(chǎn)出 NExP-1，被公認為頂級粉末，這是一種 AlSi10Mg 粉末，因其穩(wěn)定的熔化行為和精確的打印過程控制而受到認可，可確�？煽壳铱蓮椭频娜刍�性能。

●激光束整形

什么是激光束整形？
激光束整形技術是指通過對激光光束進行調制和處理，使其具有更均勻、更穩(wěn)定的光束質量，以滿足不同應用領域的需求。激光束整形技術在激光加工、精密測量、光學信息處理、全息術、光通信等領域具有廣泛的應用。

激光束整形因其具有加速制造速度的能力，在增材制造領域引起了人們的關注，該技術可以用于激光粉末床融合 (LPBF)，改變能量與粉末床的相互作用方式，影響功率密度和熱梯度。從此合作采用了IPG YLR 3000/1000-AM，最大功率為 3 kW。選擇成形光束而不是縮放高斯光束，可以減少高生產(chǎn)率加工過程中的過熱并減少飛濺的形成。Aconity3D 的模塊化打印系統(tǒng)提供靈活性，可滿足增材制造需求的定制解決方案。

Equispheres 產(chǎn)品與戰(zhàn)略副總裁 Evan Butler-Jones 說道：“Aconity3D 的打印技術和團隊的專業(yè)知識對于該項目的成功至關重要。我們正在使用極高功率的激光器，測試遠遠超出以前能力的增材制造工藝參數(shù)。Aconity3D 打印機具有精確的控制和監(jiān)控功能，由此產(chǎn)生的構建速度大大超過了當前鋁增材制造的生產(chǎn)率。”

不斷發(fā)展的光束整形技術
Fraunhofer IAPT進行了光束整形研究，旨在提高金屬 3D 打印的穩(wěn)定性和生產(chǎn)率。研究包括調整激光輪廓，以優(yōu)化 LPBF 中的熔池能量輸入。傳統(tǒng)的高斯激光分布會導致能量分布不均勻，從而導致汽化問題并損害工藝穩(wěn)定性。光束整形至關重要，可以調整激光輪廓以確保一致的溫度分布，該技術具有改善微觀結構控制、潛在降低成本和提高生產(chǎn)率等優(yōu)點，打印速度提高 1.5 至 2.5 倍。

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的研究人員通過探索貝塞爾光束（傳統(tǒng)高斯光束的替代品）解決了金屬 3D 打印的缺點。通過重新分配能量，貝塞爾光束旨在減少金屬零件中的孔隙率和缺陷。與高斯光束不同，貝塞爾光束具有非衍射特性、焦深和更高的容差，可增強 LPBF 過程，減少熱梯度和不穩(wěn)定性。實驗結果表明，熔池湍流和飛濺減少，從而生產(chǎn)出更致密、更強、更堅固的 3D 打印金屬部件。光束整形提供了一種低成本、有前景的方法來提高 LPBF 質量并使 3D 打印符合工業(yè)標準。