nLIGHT 全新 2kW 激光器為金屬 3D 打印帶來(lái)雙倍功率和三倍速度

2024年11月，南極熊獲悉，總部位于美國(guó)的 nLIGHT 宣布推出其 Corona AFX-2000 激光器，這是一款功率達(dá) 2KW 的動(dòng)態(tài)光束整形系統(tǒng)，旨在突破金屬增材制造 (AM) 中激光粉末床熔合 (LPBF) 的生產(chǎn)效率界限。AFX-2000 將在 Formnext 2024 上正式亮相，代表了激光技術(shù)的重大進(jìn)步，特別是在需要高精度和高速度的高生產(chǎn)率應(yīng)用中。


動(dòng)態(tài)光束整形技術(shù)
AFX-2000 基于 nLIGHT 在高功率半導(dǎo)體和光纖激光器方面的深厚專業(yè)知識(shí)，提供了一系列先進(jìn)的光束整形功能，能夠解決 LPBF 工藝中的多種挑戰(zhàn)。盡管光束整形在 3D 打印中的商業(yè)化應(yīng)用相對(duì)較少，但 nLIGHT 通過(guò)與原始設(shè)備制造商 (OEM) 的緊密合作和政府對(duì)美國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的推動(dòng)，迅速改變了這一現(xiàn)狀。

傳統(tǒng)的光束整形方法通常依賴于機(jī)械運(yùn)動(dòng)，這限制了其在商業(yè)生產(chǎn)中的靈活性。AFX-2000 的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步在于其能夠快速切換光束輪廓。這種靈活性使 AFX-2000 成為實(shí)現(xiàn)高精度和大批量生產(chǎn)效率的寶貴工具。

nLIGHT 的首席技術(shù)官 Rob Martinsen 表示：“這些激光器中的動(dòng)態(tài)光束整形技術(shù)可以在適合精細(xì)特征和輪廓曝光的高斯光束與使用環(huán)形光束輪廓的高速、高重復(fù)性構(gòu)建之間進(jìn)行優(yōu)化切換。”



環(huán)形光束輪廓的優(yōu)勢(shì)
與傳統(tǒng)的單模高斯激光器相比，nLIGHT 的環(huán)形光束輪廓可以產(chǎn)生更穩(wěn)定、分布更均勻的熔池。傳統(tǒng)的單模高斯激光器會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱點(diǎn)，導(dǎo)致飛濺和煙塵的產(chǎn)生。這一創(chuàng)新特別適用于鋁和銅等材料，這些材料受益于 AFX-2000 系統(tǒng)提供的穩(wěn)定、高亮度加工。

nLIGHT 的增材制造市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理 Alex Kingsbury 解釋說(shuō)：“使用環(huán)形光束輪廓的一個(gè)主要好處是它能夠創(chuàng)建平坦均勻的熔池，從而減少導(dǎo)致材料蒸發(fā)和飛濺的局部過(guò)熱。通過(guò)解決這些問(wèn)題，AFX-2000 減少了元素不平衡和煙塵的數(shù)量，從而生成更清潔、更一致的部件。“



提高生產(chǎn)效率和零件質(zhì)量
AFX-2000 的功率輸出增加，加上環(huán)形光束提供的穩(wěn)定性，使得用戶能夠?qū)崿F(xiàn)更高的構(gòu)建速度和更大的零件體積。Martinsen 指出：“兩千瓦的能力使我們能夠?qū)��?gòu)建速度提高三倍，這是傳統(tǒng)一千瓦激光器的三倍。這種提升對(duì)于航空航天和汽車制造等領(lǐng)域的大批量應(yīng)用尤為重要。”

在多激光器 AM 系統(tǒng)日益普及的背景下，AFX-2000 的高效性能尤為突出。如果一個(gè)系統(tǒng)能夠使用一臺(tái) 2kW 激光器實(shí)現(xiàn)與其他更昂貴的多激光器打印機(jī)相同的構(gòu)建速度，客戶將有更強(qiáng)的理由選擇配備 AFX-2000 的系統(tǒng)。特別是對(duì)于包含多個(gè) nLIGHT 激光器的打印機(jī)，這一點(diǎn)更為重要。



Modulus 平臺(tái)：簡(jiǎn)化多激光器集成
AFX-2000 是 nLIGHT Modulus 平臺(tái)的一部分，該平臺(tái)是一個(gè)多激光子系統(tǒng)，旨在簡(jiǎn)化高生產(chǎn)率 LPBF 機(jī)器的集成。Martinsen 指出：“這個(gè)新的激光平臺(tái)使多激光系統(tǒng)的多臺(tái)激光器的集成、控制和維護(hù)變得非常容易。”

Modulus 平臺(tái)旨在更好地管理單個(gè)系統(tǒng)中的多個(gè)激光器，從而提高新一代多激光器 PBF 打印機(jī)的生產(chǎn)率，增加吞吐量，提高攤銷率。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，無(wú)論金屬 3D 打印機(jī)配備多少個(gè)激光器，nLIGHT 都可能使其成本更低。

nLIGHT 的集成方法不僅限于提供激光器；公司還與 OEM 合作伙伴密切合作，確保激光器針對(duì)每種特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化。Kingsbury 解釋說(shuō)：“我們不是打印機(jī)的提供商，這是有意為之。我們專注于為打印機(jī)提供先進(jìn)的激光技術(shù)，與 OEM 密切合作，將我們的激光器集成到他們的系統(tǒng)中。”

商業(yè)化應(yīng)用與新材料
雖然光束整形技術(shù)并不新鮮，但 nLIGHT 的 AFX 系列（包括 AFX-1000 和 AFX-1500）標(biāo)志著動(dòng)態(tài)光束整形在金屬 3D 打印中的首次商業(yè)化應(yīng)用。Kingsbury 表示：“到目前為止，光束整形尚未在增材制造中得到充分商業(yè)化應(yīng)用，AFX-2000 能夠在高斯、平頂和環(huán)形模式之間快速切換，這使其在靈活性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。”

這些光束輪廓為 LPBF 工藝提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。例如，高斯光束非常適合打印精細(xì)細(xì)節(jié)和平滑輪廓，而環(huán)形光束則可以實(shí)現(xiàn)更快的材料沉積和更深、更穩(wěn)定的熔池。借助 nLIGHT 的光纖內(nèi)光束整形技術(shù)，操作員可以動(dòng)態(tài)調(diào)整光束輪廓以適應(yīng)特定的設(shè)計(jì)和材料要求，從而使 AFX-2000 成為原型設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的多功能工具。

開(kāi)拓新材料和應(yīng)用
AFX-2000 增強(qiáng)的穩(wěn)定性和功率也為處理以前難以打印的材料打開(kāi)了大門。雖然具體細(xì)節(jié)將在 Formnext 2024 上公布，但 Martinsen 暗示正在與 OEM 合作探索新材料，特別是那些容易開(kāi)裂或元素?fù)p失的材料。Kingsbury 指出：“能夠控制熔池中的熱量分布使我們能夠考慮傳統(tǒng)上由于開(kāi)裂或偏析問(wèn)題而無(wú)法承受 LPBF 工藝的材料。”通過(guò)啟用更廣泛的材料，AFX-2000 可能會(huì)對(duì)需要堅(jiān)固、高質(zhì)量金屬零件的行業(yè)（如汽車和工業(yè)工具）產(chǎn)生變革性影響。

AFX-2000 的推出正值美國(guó)國(guó)防部和其他關(guān)鍵部門將先進(jìn)制造能力回流的趨勢(shì)日益增長(zhǎng)。Martinsen 和 Kingsbury 強(qiáng)調(diào)了與美國(guó)政府的《CHIPS 法案》等舉措保持一致以支持國(guó)內(nèi)制造業(yè)的重要性。Martinsen 表示：“‘美國(guó)制造’計(jì)劃對(duì) nLIGHT 的增材制造業(yè)務(wù)增長(zhǎng)產(chǎn)生了重大影響，尤其是在國(guó)防部。”

這種合作對(duì)于美國(guó)國(guó)防、航空航天和汽車市場(chǎng)尤其重要，這些市場(chǎng)對(duì)零件單價(jià)和制造效率的要求非常高。通過(guò)提高生產(chǎn)率和減少材料浪費(fèi)來(lái)降低零件單價(jià)，nLIGHT 的 AFX-2000 有望在美國(guó)先進(jìn)制造能力回流和滿足依賴高性能金屬零件的行業(yè)的嚴(yán)格要求方面發(fā)揮重要作用。

關(guān)于nLIGHT
nLIGHT是一家總部位于美國(guó)的高科技公司，專注于設(shè)計(jì)和制造高性能激光器和光子解決方案。公司成立于2002年，總部設(shè)在華盛頓州溫哥華市，并在全球范圍內(nèi)設(shè)有多個(gè)辦事處和研發(fā)中心。nLIGHT 致力于為工業(yè)、醫(yī)療、科研和國(guó)防等多個(gè)領(lǐng)域提供先進(jìn)的激光技術(shù)和解決方案。