多激光同軸復(fù)合金屬3D打印技術(shù)CML Hybrid，拓展DED能力邊界，助力前沿科研方向

2024年4月28日，英尼格瑪CML Hybrid技術(shù)在第八屆全國(guó)增材制造青年科學(xué)家論壇正式發(fā)布。

激光同軸復(fù)合技術(shù)Coaxial Multi-Laser Hybrid, 簡(jiǎn)稱CML Hybrid。采用該技術(shù)的CML-Hybrid-1500DF-ARC多激光電弧同軸復(fù)合硬件系統(tǒng)，通過(guò)全部可獨(dú)立調(diào)控的6激光模組復(fù)合電弧熱源、6路粉末和絲材同送以及雙路保護(hù)氣，實(shí)現(xiàn)包括多波長(zhǎng)激光復(fù)合、激光電弧復(fù)合、絲粉復(fù)合以及保護(hù)氣復(fù)合的四重復(fù)合技術(shù)，適用于變組分梯度材料、原位合金化增材、高通量材料制備、微觀組織調(diào)控等DED技術(shù)前沿研究方向，同時(shí)可滿足提升增材材料兼容性、增材效率、構(gòu)件精度、性能及復(fù)雜程度等DED技術(shù)工程化應(yīng)用需求，是DED技術(shù)的集大成之作。

詳見(jiàn)：《填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，南理工攜手英尼格瑪共同開(kāi)發(fā)多光束集成絲光同軸激光定向能量沉積技術(shù)》

可獨(dú)立控制的絲粉同送復(fù)合、雙路保護(hù)氣復(fù)合，助力變組分梯度材料、原位合金化增材、高通量材料制備、微觀組織調(diào)控等DED前沿研究方向

CML-Hybrid-1500DF-ARC采用送絲和6路完全獨(dú)立的送粉粉路復(fù)合，實(shí)現(xiàn)絲粉同送增材�？赏瑫r(shí)接入多臺(tái)送粉器，且送粉參數(shù)各自獨(dú)立，可有效實(shí)現(xiàn)原位合金化增材，高自由度的材料配比調(diào)節(jié)，可用于變組分梯度材料、納米顆粒增強(qiáng)等材料的快速制造，以及滿足新材料開(kāi)發(fā)的高通量制備需求。

同時(shí)絲粉同送技術(shù)呈現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)：
1.高通量材料制備；
2.兼顧效率和靈活性；
3.更短的工藝流程。

CML-Hybrid-1500DF-ARC通過(guò)設(shè)置內(nèi)外獨(dú)立雙氣路，實(shí)現(xiàn)保護(hù)氣復(fù)合。內(nèi)外氣路在結(jié)構(gòu)及控制上完全獨(dú)立，從而使得在增材時(shí)可以使用內(nèi)外異種氣體進(jìn)行氣氛保護(hù)，并且氣流量各自獨(dú)立可調(diào)，內(nèi)氣路集中作用于熔池區(qū)域，外氣路作用范圍較大，可針對(duì)性選擇不同氣體實(shí)現(xiàn)特殊的工藝效果。

例如，通過(guò)外氣路向沉積層輸送液氮，能夠?qū)崿F(xiàn)非平衡快速凝固工藝。通過(guò)使用液氮控制基體溫度實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制冷卻，配合激光的高功率密度減小熱影響區(qū)的效果，起到增加過(guò)冷度、令合金熔體進(jìn)行促發(fā)形核和快速生長(zhǎng)，從而改善材料性能。

△來(lái)源：液氮冷卻條件下激光快速熔凝Ni-28 wt%Sn 合金組織演變, 西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的曹永青、林鑫等

可獨(dú)立控制的多波長(zhǎng)激光復(fù)合、激光電弧復(fù)合，滿足提升增材材料兼容性、增材效率、構(gòu)件精度、性能及復(fù)雜程度等DED技術(shù)工程化應(yīng)用需求

相關(guān)工藝研究表明，在激光-MIG復(fù)合熱源中，激光照射能夠引導(dǎo)電弧壓縮集中形成導(dǎo)電通道，起到穩(wěn)定電弧以及熔滴過(guò)渡的效果；除此之外電弧的加熱作用也能進(jìn)一步促進(jìn)工件對(duì)激光的吸收率提升，并提高構(gòu)件性能。

CML-Hybrid-1500DF-ARC配置可獨(dú)立控制的激光電弧同軸復(fù)合熱源。同時(shí)使用激光和電弧雙重?zé)嵩磸?fù)合進(jìn)行增材，提高了工藝過(guò)程穩(wěn)定性和構(gòu)件性能。交替使用兩種工藝，如通過(guò)使用表面成型質(zhì)量更好、精度更高的激光增材工藝進(jìn)行外壁、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)等位置進(jìn)行精細(xì)增材，使用沉積效率更高的電弧工藝進(jìn)行內(nèi)部填充、整體框架等結(jié)構(gòu)的高效增材；亦可實(shí)現(xiàn)整體上高效高質(zhì)的效果。

采用全紅光熱源在材料方面的適用范圍有限。而全藍(lán)光激光材料適用性較好，但是能量轉(zhuǎn)換效率低，能量傳輸損耗大，成本高。研究表明，隨著溫度的提升，金屬材料對(duì)激光的吸收率會(huì)有明顯提升（圖 1），通過(guò)使用藍(lán)光作為啟動(dòng)熱源預(yù)熱材料，提供對(duì)紅光吸收率，大功率紅外激光作為主要功率輸出，能夠以較低的投入實(shí)現(xiàn)同等效果的功率輸出。

CML-Hybrid-1500DF-ARC采用6個(gè)可獨(dú)立配置和控制的激光模組，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)激光復(fù)合，常用的組合如紅藍(lán)激光復(fù)合，能夠增大材料適用范圍，提高如銅、鋁等高反金屬材料對(duì)激光的吸收率，同時(shí)又較好地兼顧了經(jīng)濟(jì)性。

CML Hybrid技術(shù)，是英尼格瑪公司基于與南理工共同開(kāi)發(fā)的CML多光束集成絲光同軸激光定向能量沉積技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合自成立以來(lái)13年深耕電弧增材制造所積累的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)辟出的全球首創(chuàng)DED新技術(shù)開(kāi)發(fā)方向。

在5月7日-9日的2024 TCT亞洲展上，英尼格瑪CML-Hybrid-1500DF-ARC多激光電弧同軸復(fù)合硬件系統(tǒng)將首次公開(kāi)亮相，坐標(biāo)7.1館7E26展位，可掃描二維碼預(yù)約參觀。

備注：項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已公布開(kāi)源決定，計(jì)劃將共同開(kāi)發(fā)的CML多光束集成絲光同軸激光定向能量沉積系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)源，以助力CML技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用。