多激光同軸復合金屬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)在第八屆全國增材制造青年科學家論壇正式發(fā)布,。

激光同軸復合技術(shù)Coaxial Multi-Laser Hybrid, 簡稱CML Hybrid,。采用該技術(shù)的CML-Hybrid-1500DF-ARC多激光電弧同軸復合硬件系統(tǒng)，通過全部可獨立調(diào)控的6激光模組復合電弧熱源,、6路粉末和絲材同送以及雙路保護氣,，實現(xiàn)包括多波長激光復合、激光電弧復合,、絲粉復合以及保護氣復合的四重復合技術(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、性能及復雜程度等DED技術(shù)工程化應用需求,，是DED技術(shù)的集大成之作,。

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

可獨立控制的絲粉同送復合,、雙路保護氣復合,，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路完全獨立的送粉粉路復合,，實現(xiàn)絲粉同送增材�,？赏瑫r接入多臺送粉器,，且送粉參數(shù)各自獨立，可有效實現(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、納米顆粒增強等材料的快速制造,，以及滿足新材料開發(fā)的高通量制備需求,。

同時絲粉同送技術(shù)呈現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢：
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通過設(shè)置內(nèi)外獨立雙氣路，實現(xiàn)保護氣復合,。內(nèi)外氣路在結(jié)構(gòu)及控制上完全獨立,，從而使得在增材時可以使用內(nèi)外異種氣體進行氣氛保護，并且氣流量各自獨立可調(diào),，內(nèi)氣路集中作用于熔池區(qū)域,，外氣路作用范圍較大，可針對性選擇不同氣體實現(xiàn)特殊的工藝效果,。

例如,，通過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,。通過使用液氮控制基體溫度實現(xiàn)強制冷卻,，配合激光的高功率密度減小熱影響區(qū)的效果，起到增加過冷度,、令合金熔體進行促發(fā)形核和快速生長,，從而改善材料性能。

△來源：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)大學凝固技術(shù)國家重點實驗室的曹永青,、林鑫等

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

相關(guān)工藝研究表明,，在激光-MIG復合熱源中,，激光照射能夠引導電弧壓縮集中形成導電通道,，起到穩(wěn)定電弧以及熔滴過渡的效果；除此之外電弧的加熱作用也能進一步促進工件對激光的吸收率提升,，并提高構(gòu)件性能,。

CML-Hybrid-1500DF-ARC配置可獨立控制的激光電弧同軸復合熱源。同時使用激光和電弧雙重熱源復合進行增材,，提高了工藝過程穩(wěn)定性和構(gòu)件性能,。交替使用兩種工藝，如通過使用表面成型質(zhì)量更好,、精度更高的激光增材工藝進行外壁、結(jié)構(gòu)細節(jié)等位置進行精細增材,，使用沉積效率更高的電弧工藝進行內(nèi)部填充,、整體框架等結(jié)構(gòu)的高效增材；亦可實現(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,，金屬材料對激光的吸收率會有明顯提升（圖 1），通過使用藍光作為啟動熱源預熱材料,，提供對紅光吸收率,，大功率紅外激光作為主要功率輸出，能夠以較低的投入實現(xiàn)同等效果的功率輸出,。

CML-Hybrid-1500DF-ARC采用6個可獨立配置和控制的激光模組,，實現(xiàn)多波長激光復合，常用的組合如紅藍激光復合,，能夠增大材料適用范圍,，提高如銅、鋁等高反金屬材料對激光的吸收率,，同時又較好地兼顧了經(jīng)濟性,。

CML Hybrid技術(shù)，是英尼格瑪公司基于與南理工共同開發(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13年深耕電弧增材制造所積累的經(jīng)驗,，開辟出的全球首創(chuàng)DED新技術(shù)開發(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多激光電弧同軸復合硬件系統(tǒng)將首次公開亮相,，坐標7.1館7E26展位,，可掃描二維碼預約參觀。

備注：項目團隊已公布開源決定,，計劃將共同開發(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)開源,，以助力CML技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和應用。