光惠激光3D打印专用激光器

国内
2022
03/29
11:13
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南极熊导读:《2021年50家3D打印企业年营收过1亿元,全国超200亿》一文发布后,引起强烈的反响。中国的3D打印正在不断发展,在消费级、光固化、金属等领域高速增长。但是,我们在这个产业链当中,也有薄弱环节,容易被“卡脖子”,特别是在一部分核心元器件上,更是普遍依赖进口。于是,南极熊推出《国产3D打印核心元器件》特别专栏文章,并整理收录进入全球3D打印产品库https://product.nanjixiong.com/,希望助力国产核心元器件的普及,利用工业应用的力量去反推技术的进步。

光惠激光3D打印专用激光器

作者:光惠激光应用工程师·顾佳星
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金属材料的增材制造(3D打印)工艺在航空、航天、航海、车辆、模具制造、医疗器械等领域的需求巨大。目前,应用于金属增材制造工艺的热源有激光束、电子束、微束等离子三大高能束及烧结热输入等,其中的激光束是金属增材制造领域应用最广泛的高能束热源。与电子束、微束等离子热源相比,激光束具有光斑细、成本低、可定向作用到指定材料位置等优点,可实现金属材料的瞬间熔凝,满足熔道搭接和零件成形的要求。
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激光3D打印使用的激光器有光纤激光器、半导体激光器、Nd:YAG激光器和CO2激光器。不同材料对不同波长的激光吸收不同。通常,打印聚合物以CO2激光器为主,而金属粉末的3D打印主要使用光纤激光器。

激光3D打印对激光器的需求
激光3D打印对激光器的需求主要体现在两个方面:一方面是功率与功率稳定性,另一方面是光束质量及光斑大小。
(1)功率与功率稳定性
3D打印成形过程主要靠的是激光的热效应,激光强度必须超过一定的能量阈值才能使材料熔化,因此更关注激光器平均输出功率,对于激光器的脉冲模式不敏感,因此通常使用连续光纤激光器,功率大致分布在100W~1000W之间。
模型越大,层数越多,打印时间越长。一般持续时间在几个小时到几十个小时。所以,对于激光器长时间稳定运行提出了很高的要求。如果温度偏高,金属粉末可能会过烧、甚至会导致其他已成形的部分重熔;温度偏低,金属粉末熔化不彻底,粘合力不够,成形构件形状就可能保持不住。因此,激光器的功率稳定性对于打印质量至关重要。
(2)光束质量及光斑大小
光束质量和光斑大小体现打印精度的关键参数之一。3D打印是通过激光束扫描成形的,激光的光斑越小,扫描的精度就越高,打印出来的模型分辨率就越高,肉眼可见的就是打印件表面越细腻。
光束质量通常以BPP或M2来表征,M2越接近1,表明光束质量越好,激光能量越集中,对周围的热影响越小;同时,光束质量越好,对应的发散角度越小,聚焦出来的光斑也会相应更小。

光惠激光3D打印专用光纤激光器
光惠激光(GW Laser Tech)作为全球高亮度光纤激光器领先者,随着3D打印技术的兴起,也在这一应用领域积极探索,推出了针对3D打印应用的500W单模10μm/14μm连续光纤激光器,面向医疗器械、汽车零部件、航空航天等领域。
其中,10μm和14μm不同芯径大小决定了光斑大小,主要影响激光功率密度,即单位面积的光能量大小,同等功率条件下,光斑尺寸越小,激光功率密度越大,高功率密度光斑适宜打印高熔点或者高反射的金属粉末。
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▲ 光惠激光500W单模10μm光纤激光器
产品主要优势:
➢超薄、轻量化设计,19寸1.5U高度设计,重量<20kg,结构紧凑、体积小、重量轻,赋予无与伦比的集成便利性和灵活多用性。
➢产品结构采用密闭设计,针对3D打印使用环境,大幅度提高激光器整体的可靠性,IP65防护等级,可持续在高温、高湿、高粉尘等恶劣环境中运行。
➢最大功率500W,足可以成形奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、钛合金、镍基高温合金、铝合金、镁合金等常用金属材料。
➢功率稳定性好,每小时波动<1%,保证超长时间打印的工艺一致性。
➢光束质量好,M2<1.1,单模10/14μm光纤输出,输出光斑小,打印精度高。

主要技术指标:


输出功率(瓦)
500W

工作模式
连续输出/脉冲输出/自设脉冲模式

输出功率调节范围(%)
1-100%

输出激光波长(纳米)
1070 ± 10 nm

输出光斑质量
M2≤ 1.1

功率稳定性
< 1%(水温在25 ± 1 °C)

最大调制频率
50kHz

激光响应时间
< 10us

指示激光波长(纳米)
650 nm

指示光功率 可调范围(毫瓦)
0.5-1
接口
QBH/QCS

传输光缆纤芯直径和长度
10μm/5m(其他可定制)


输入电压
220VAC/50Hz/60Hz

电力消耗
<= 2.5 kW

尺寸
536 x 482 x 66 [mm] (L×W×H)

重量
20[kg]

实际测试数据:
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▲光学特性

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▲光斑
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▲M2因子

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▲输出光谱

3D打印可以加工传统方法难以制造的零件,节省原材料,是一种划时代的制造方式。光惠激光的3D打印专用激光器凭借着优异的光束质量的输出稳定性,在工业设计、教育等消费级市场已有广泛应用,并已逐步用于航空航天、汽车制造、医疗等高端工业领域。未来,光惠激光将在3D打印领域持续发力,通过自主创新,进行产品迭代升级,不断为客户提供优质的光纤激光器、以及强有力的技术支持。



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