寶辰鑫用于金屬3D打印的高穩(wěn)定性激光產(chǎn)品方案

來源：寶辰鑫

隨著制造業(yè)不斷向智能化方向邁進(jìn),，3D打印作為一種革命性的增材制造技術(shù),，正在逐漸改變著傳統(tǒng)生產(chǎn)方式。也正因?yàn)槠浼夹g(shù)的逐漸成熟和成本的降低,，金屬3D打印正越來越多地被應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中,，尤其是在航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械等領(lǐng)域,，3D打印的各種定制化的金屬零部件正日益普遍,。

激光選區(qū)熔化金屬3D打印

金屬3D打印，是以金屬粉末/絲材為原料,，以高能束（激光束/電子束/電弧/等離子束等）作為能量源,，配合適當(dāng)?shù)能浖�與數(shù)控系統(tǒng)，將材料逐層熔化堆積,，最終制造出高性能的金屬構(gòu)件的加工方式,。

激光器作為實(shí)現(xiàn)金屬3D打印的一種能量源，有多種技術(shù)能通過激光實(shí)現(xiàn)金屬3D打印,，比如激光選區(qū)熔化（SLM）,、直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）、激光工程凈成型（LENS）等,。其中SLM打印性價(jià)比相對占優(yōu),，具備高致密度、高強(qiáng)度,、高精度,、高利用率的優(yōu)勢，同時(shí)成本相對較低,，技術(shù)發(fā)展成熟,，是當(dāng)前金屬 3D 打印主流的解決方案。

圖源：網(wǎng)絡(luò)

激光選區(qū)熔化（SLM,，Selective laser melting）主要適用于金屬粉末材料的3D打印,，它按照三維CAD 切片模型中規(guī)劃好的路徑，利用激光束在金屬粉末床層進(jìn)行逐層掃描,，掃描過的金屬粉末經(jīng)過熔化,、凝固達(dá)到冶金結(jié)合，最終獲得模型所設(shè)計(jì)的金屬零件,。

SLM中國產(chǎn)激光器面臨的痛點(diǎn)

激光器作為3D打印上游的核心部件,，其性能直接影響著最終產(chǎn)品的打印效果。

在激光選區(qū)熔化裝備中,，最核心的部件就是單模光纖激光器,。要想實(shí)現(xiàn)金屬零部件整體性能一致的高精度打印，激光器的性能必須能夠在長工作時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定,，這包括激光器的輸出功率,、光束質(zhì)量、可靠性等指標(biāo),；因?yàn)?D打印的工件往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，體積也可能較大，往往需要多臺激光器長時(shí)間連續(xù)工作，任何微小的功率衰減都可能會對最終打印質(zhì)量帶來不利影響,。

過去,，國產(chǎn)激光器在性能穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)不盡人意，尤其是功率輸出方面,，長時(shí)間工作會有一定衰減,。這也是過去金屬3D打印用激光器長期被國外廠商壟斷的原因。

寶辰鑫高穩(wěn)定性激光產(chǎn)品方案

為了解決在SLM應(yīng)用中國產(chǎn)激光器遭遇的痛點(diǎn)問題,，確保激光器輸出功率長時(shí)間保持穩(wěn)定,，寶辰鑫激光借助創(chuàng)鑫激光器件平臺的優(yōu)勢，優(yōu)化激光器在光學(xué),、電路,、結(jié)構(gòu)等方面的設(shè)計(jì)，很好地保證了激光功率長時(shí)間輸出的穩(wěn)定性,。與傳統(tǒng)激光器相比,，在光束質(zhì)量（M2＜1.1）、響應(yīng)速度（10μs）,、穩(wěn)定性（±1%）和體積（IU,，減小2/3）等方面實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步突破,，為行業(yè)客戶提供更多可靠的降本增效選擇,。

圖1：寶辰鑫3D打印專用激光器光束質(zhì)量測試數(shù)據(jù)圖。

專門用于3D打印的激光器產(chǎn)品

圖2：寶辰鑫3D打印專用激光器產(chǎn)品,。

寶辰鑫依托創(chuàng)鑫激光垂直整合的資源優(yōu)勢,，已實(shí)現(xiàn)95%以上的核心器件自主研發(fā)生產(chǎn)，并且性能達(dá)到世界領(lǐng)先水平,。

根據(jù)3D打印行業(yè)特性,，寶辰鑫提供專用激光器及配套子系統(tǒng)，涵蓋多功率段選擇（300W,、500W,、1000W、500/4000W等）,，同時(shí)有單模/多�,？烧{(diào)光斑設(shè)計(jì)，高質(zhì)量高穩(wěn)定的光學(xué)特性,，結(jié)合先進(jìn)靈動的外觀設(shè)計(jì),，支持大型結(jié)構(gòu)件及復(fù)雜細(xì)節(jié)的打印，可滿足多類型的3D打印實(shí)際生產(chǎn)場景需求,；并能從以下多個(gè)維度為客戶提供最優(yōu)選項(xiàng)：

（1）提升電光轉(zhuǎn)化效率,。高效能的電光轉(zhuǎn)換最高可達(dá)40%，不僅降低了能源消耗，減少了打印過程中的熱量積累,，也為客戶節(jié)約生產(chǎn)成本,。

（2）提升打印效率及穩(wěn)定性。激光器功率從0%-100%開啟時(shí)間,，控制在不大于10μs,，是傳統(tǒng)激光器開啟時(shí)間的1/10，有效提高實(shí)際加工效率,。在穩(wěn)定性方面,，短時(shí)功率穩(wěn)定性為±1%，長時(shí)功率穩(wěn)定性為±2%,，確保打印過程中的熔化和固化可靠,、高質(zhì)量。

（3）優(yōu)化機(jī)型尺寸,，增加接口和通信功能,。在功能不變的情況下，激光器整個(gè)尺寸是標(biāo)準(zhǔn)的1U機(jī)箱,，相對于傳統(tǒng)的單模連續(xù)光纖激光器優(yōu)化了近2/3,，節(jié)約設(shè)備/產(chǎn)線空間，幫助客戶更易集成,、降本,。操作簡單、調(diào)試便捷,，豐富的接口和支持總線通信,，極大提升了客戶的集成度。

（3）提供單模/多�,？烧{(diào)模式,，保障打印質(zhì)量。為解決3D打印成形質(zhì)量痛點(diǎn),，寶辰鑫3D打印專用雙光束（單模/多�,？烧{(diào)）激光器，以單模/多模靈活可調(diào)的模式來應(yīng)對：單�,？蓪�(shí)現(xiàn)小光斑高能量光束,，多模可實(shí)現(xiàn)均勻能量分布,，不同打印區(qū)域可選擇不同光斑模式（高斯/勻化）,。同時(shí)，雙光束打印過程飛濺少,，融化的材料被導(dǎo)向熔池底部,，有助于融化過程氣體排出,，保障成形質(zhì)量。

圖3：單模/多�,？烧{(diào)光斑,。

實(shí)際應(yīng)用

寶辰鑫3D打印專用激光器已經(jīng)在業(yè)界廣泛部署。在長三角某大型增材企業(yè)現(xiàn)場,，搭載寶辰鑫3D打印專用激光器的金屬3D打印設(shè)備,，正在穩(wěn)定運(yùn)行中。作為國內(nèi)最早一批投身3D打印激光器細(xì)分應(yīng)用研發(fā)的廠商之一,，寶辰鑫早在2018年就開啟了細(xì)分市場研究,，貼近細(xì)分客戶的真實(shí)需求場景，研發(fā)高性價(jià)比的行業(yè)專用激光器產(chǎn)品,。

在某金屬和尼龍高端增材制造應(yīng)用項(xiàng)目中,，客戶為國內(nèi)某超大型工業(yè)級金屬增材制造（3D打印）設(shè)備制造商,，其行業(yè)應(yīng)用覆蓋航空航天,、醫(yī)療齒科、骨科,、新能源,、模具等多個(gè)領(lǐng)域，設(shè)備出口歐美及海外各國家占比近50%,�,？蛻魧Υ蛴≠|(zhì)量、打印精度,、打印穩(wěn)定性等各方面工藝標(biāo)準(zhǔn)極高,，對激光器的性能指標(biāo)要求也就極高。寶辰鑫3D打印激光器以高光束質(zhì)量（M2＜1.1）,、穩(wěn)定性在±1.5%，響應(yīng)速度控制在10μs內(nèi)的高標(biāo)準(zhǔn),，通過了客戶上線測試驗(yàn)證,，現(xiàn)已在終端現(xiàn)場穩(wěn)定運(yùn)行。

圖4：寶辰鑫3D打印激光器實(shí)現(xiàn)模具的高精度3D打印,。

結(jié)語

寶辰鑫基于激光選區(qū)熔化SLM的3D打印專用光纖激光器,，不僅具有結(jié)構(gòu)緊湊、光束質(zhì)量高,、可靠性高的特點(diǎn),，而且其基于器件整合、光學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化,，可以很好地保證激光功率長時(shí)間輸出的穩(wěn)定性,，從而保證工件的打印質(zhì)量,。

目前，寶辰鑫3D打印激光產(chǎn)品方案以其高性能,、穩(wěn)定性,、廣泛適用性和易于集成等特點(diǎn)，在增材制造市場中占據(jù)了重要的地位,，并在航空航天,、汽車制造、模具制造,、醫(yī)療器械及3C等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,，裝機(jī)量在國產(chǎn)激光器中屬于領(lǐng)先水平。下一步,，寶辰鑫將針對3D打印行業(yè)客戶對激光系統(tǒng)的應(yīng)用需求,，以更加完善、綜合的激光解決方案,，與客戶共研共創(chuàng),，推動3D打印工藝改善、技術(shù)進(jìn)步,。

中國作為全球最大的制造業(yè)市場之一,，對3D打印技術(shù)的需求巨大，并且隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和普及,，這一需求還將持續(xù)增長,。從標(biāo)準(zhǔn)激光器產(chǎn)品，到差異化的激光產(chǎn)品方案,，寶辰鑫深入了解市場和行業(yè)客戶的需求,，研發(fā)出更符合市場需求的3D打印激光產(chǎn)品方案，推動3D打印的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新,，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化,，打破國外對高品質(zhì)激光器的壟斷。