激光束整形技术助力单激光器金属3D打印实现超430 cm3 /小时的生产速度！

2023年11月，南极熊获悉，Equispheres和Aconity3D合作开发的构建速度比金属增材制造行业标准高出近九倍，特别是对于铝粉末和激光粉末床融合。两家公司之间深入地挖掘了其设备和材料技术的潜力，利用 Aconity3D 的打印设备、激光束整形技术和 Equispheres 的 NExP-1 AM 粉末，实现了单激光器超过 430 cm3 /小时的生产速度。


△Equispheres独特的铝合金粉末颗粒放大至50μm

光束整形和专用粉末提高了激光粉末床熔合生产率

●粉末材料


△Equispheres独特的铝合金粉末颗粒放大至200μm

Aconity3D 的 Martin Buscher 解释道：“NExP-1 粉末对于实现高速度性能至关重要，粉末具有卓越的性能，非常适合高速工作，其特性可实现最佳的熔化行为，这是使用高功率激光以高速度实现打印所必需的。”

Equispheres 使用独特的制造工艺生产出 NExP-1，被公认为顶级粉末，这是一种 AlSi10Mg 粉末，因其稳定的熔化行为和精确的打印过程控制而受到认可，可确保可靠且可复制的熔化性能。

●激光束整形

什么是激光束整形？
激光束整形技术是指通过对激光光束进行调制和处理，使其具有更均匀、更稳定的光束质量，以满足不同应用领域的需求。激光束整形技术在激光加工、精密测量、光学信息处理、全息术、光通信等领域具有广泛的应用。

激光束整形因其具有加速制造速度的能力，在增材制造领域引起了人们的关注，该技术可以用于激光粉末床融合 (LPBF)，改变能量与粉末床的相互作用方式，影响功率密度和热梯度。从此合作采用了IPG YLR 3000/1000-AM，最大功率为 3 kW。选择成形光束而不是缩放高斯光束，可以减少高生产率加工过程中的过热并减少飞溅的形成。Aconity3D 的模块化打印系统提供灵活性，可满足增材制造需求的定制解决方案。

Equispheres 产品与战略副总裁 Evan Butler-Jones 说道：“Aconity3D 的打印技术和团队的专业知识对于该项目的成功至关重要。我们正在使用极高功率的激光器，测试远远超出以前能力的增材制造工艺参数。Aconity3D 打印机具有精确的控制和监控功能，由此产生的构建速度大大超过了当前铝增材制造的生产率。”

不断发展的光束整形技术
Fraunhofer IAPT进行了光束整形研究，旨在提高金属 3D 打印的稳定性和生产率。研究包括调整激光轮廓，以优化 LPBF 中的熔池能量输入。传统的高斯激光分布会导致能量分布不均匀，从而导致汽化问题并损害工艺稳定性。光束整形至关重要，可以调整激光轮廓以确保一致的温度分布，该技术具有改善微观结构控制、潜在降低成本和提高生产率等优点，打印速度提高 1.5 至 2.5 倍。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员通过探索贝塞尔光束（传统高斯光束的替代品）解决了金属 3D 打印的缺点。通过重新分配能量，贝塞尔光束旨在减少金属零件中的孔隙率和缺陷。与高斯光束不同，贝塞尔光束具有非衍射特性、焦深和更高的容差，可增强 LPBF 过程，减少热梯度和不稳定性。实验结果表明，熔池湍流和飞溅减少，从而生产出更致密、更强、更坚固的 3D 打印金属部件。光束整形提供了一种低成本、有前景的方法来提高 LPBF 质量并使 3D 打印符合工业标准。