綠激光與電子束對(duì)比：銅金屬3D打印技術(shù)優(yōu)勢(shì)與市場(chǎng)前景

在金屬 3D 打印領(lǐng)域，綠激光粉末床熔融（LPBF）技術(shù)正嶄露頭角,，南極熊將帶您深入了解這一技術(shù)，并與傳統(tǒng)電子束點(diǎn)打印技術(shù)進(jìn)行全面對(duì)比,，涵蓋能量密度,、打印效率、工藝穩(wěn)定性及成本控制等關(guān)鍵維度,。

希禾增材（ADDIREEN）作為專注綠激光金屬增材制造的企業(yè),，基于自主研發(fā)的高功率單模光纖綠光激光器，率先推出綠激光粉床熔融（GL-PBF）設(shè)備,。

1. 綠激光3D打印技術(shù)
希禾增材依托自主研發(fā)的綠光激光器推出GL-PBF設(shè)備,，有效解決了純銅及銅合金等高反金屬在打印過(guò)程中常見(jiàn)的致密度不足、飛濺嚴(yán)重,、效率低下以及精度不佳等問(wèn)題,，展現(xiàn)出較傳統(tǒng)紅外激光的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。與現(xiàn)有的電子束點(diǎn)打印技術(shù)相比,，綠激光在同等條件下不僅實(shí)現(xiàn)了更高的能量密度,、打印效率和穩(wěn)定性，同時(shí)具備出色的精細(xì)結(jié)構(gòu)打印能力,，加上設(shè)備成本更具競(jìng)爭(zhēng)力,，使其在高精度及大件金屬打印領(lǐng)域表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。

1.1 材料吸收特性
如圖所示,，銅材料對(duì)綠激光的吸收率遠(yuǎn)高于紅外激光,，這一優(yōu)勢(shì)使得純銅、銅合金,、黃金,、鉑金等高反金屬、難熔金屬材料在綠激光熔融過(guò)程中更為高效,，從而確保了金屬打印的質(zhì)量與效率,。

（圖源：www.addireen.com）

1.2 激光器與打印質(zhì)量
希禾增材的高功率單模光纖綠光激光器具有波長(zhǎng)短、光束質(zhì)量高和聚焦光斑細(xì)小等優(yōu)點(diǎn),�,；�于這一綠光激光器的LPBF設(shè)備，在金屬增材制造過(guò)程中,，不僅成型效率更高,，細(xì)節(jié)呈現(xiàn)更精細(xì)，還具備更大的工藝窗口,，是加工高反金屬和難熔金屬的理想選擇,。同時(shí),，設(shè)備也為常規(guī)金屬材料提供了更高效、更精細(xì)的打印可能性,。

1.3 設(shè)備與應(yīng)用實(shí)踐
目前,，希禾增材推出的綠激光金屬3D打印設(shè)備（XH-M100G、M160G,、M350G,、M660G）已能實(shí)現(xiàn)純銅零件的高質(zhì)量打印，打印件致密度高達(dá)到99.8%~99.9%,，熱導(dǎo)率可達(dá)390 W/m·K,。此外，使用綠激光設(shè)備打印的散熱及換熱部件,，在0.5 mm壁厚下可承受超過(guò)8 MPa的水壓,，TPMS散熱結(jié)構(gòu)的最薄壁厚更低至0.08 mm。這些優(yōu)異的技術(shù)指標(biāo)已在航空航天,、新能源汽車,、半導(dǎo)體散熱器件、感應(yīng)加熱線圈和高速通訊器件等多個(gè)領(lǐng)域得到成功驗(yàn)證,。

2. 綠激光與電子束點(diǎn)打印技術(shù)對(duì)比

2.1 能量密度
能量密度高,，有助于實(shí)現(xiàn)充分穩(wěn)定的熔融過(guò)程，從而避免因能量不足導(dǎo)致的細(xì)節(jié)缺失或打印失敗,，保障復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高精度零件的順利成型,。

以希禾增材XH-M160G綠激光設(shè)備為例，其最小光斑直徑為0.02 mm,，配備500W激光器時(shí),，計(jì)算得到能量密度約為1.6×10⁸J/cm2。相比之下,，電子束技術(shù)束斑直徑通常在0.2 mm左右,，如使用3kW電子槍，計(jì)算得到能量密度約為1×10⁷J/cm2,。

其中,，E為能量密度,P為激光功率,A為光斑面積。

由此可見(jiàn),，在僅用1/6功率的條件下,，綠激光技術(shù)的能量密度便達(dá)到了電子束技術(shù)的16倍，高出一個(gè)數(shù)量級(jí),。

2.2 氧化控制
希禾增材綠激光金屬3D打印設(shè)備，均在惰性氣體（氬氣）的保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行打印,，設(shè)備可將工作倉(cāng)內(nèi)氧含量控制至50ppm以下,，有效隔絕氧氣,，降低氧化風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),，搭配使用純度高達(dá)99.95%,、含氧量低于20ppm的高性能純銅粉末材料，從源頭上進(jìn)一步避免氧化,。

在此條件下,，即使是對(duì)氧化極為敏感的材料，也能在打印過(guò)程中保持穩(wěn)定的成型質(zhì)量,，避免零件表面發(fā)黑,、性能下降等問(wèn)題。因此,，氧化影響幾乎可以忽略,。

2.3 純銅打印致密度
在純銅打印領(lǐng)域，希禾增材已實(shí)現(xiàn)99.8%~99.9%的高致密度穩(wěn)定批量生產(chǎn),，性能表現(xiàn)顯著優(yōu)于部分傳統(tǒng)打印工藝,。2024年10月，上海交通大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)依托希禾增材綠激光打印設(shè)備XH-M160G,，成功制備出高質(zhì)量純銅部件,，其相對(duì)密度超過(guò)99.9%，IACS電導(dǎo)率達(dá)到98%以上,。

（圖源：https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2024.118615）

2.4 基板預(yù)熱及成型穩(wěn)定性
希禾增材綠激光設(shè)備均配備基板預(yù)熱功能,，支持0-200℃的溫度調(diào)節(jié)，能夠有效減少熔池與基板之間的溫差,，從而降低熱應(yīng)力的積累,，避免純銅、銅合金等高導(dǎo)熱材料在打印中出現(xiàn)開裂的情況,。

此外,，公司還在研發(fā)支持更高溫度的預(yù)熱技術(shù)，以進(jìn)一步優(yōu)化特殊材料的打印工藝,。目前,，希禾增材綠激光粉末床熔融設(shè)備所有機(jī)型，采用合適的工藝參數(shù)進(jìn)行打印,，銅基材料打印件均不會(huì)出現(xiàn)零件開裂問(wèn)題,，充分驗(yàn)證了綠激光打印設(shè)備的穩(wěn)定性和工藝可靠性。

2.5 打印工藝
希禾增材綠激光打印設(shè)備已成功開發(fā)多種銅含量超過(guò)95%的銅合金打印工藝,。目前,，設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)40-60μm層厚的穩(wěn)定打印，確保打印過(guò)程中的高生產(chǎn)效率和優(yōu)異打印質(zhì)量,。同時(shí),，部分銅合金材料支持高達(dá)80μm層厚的打印,，這不僅進(jìn)一步提升了打印速度，還為不同工業(yè)應(yīng)用提供了更加靈活的工藝選擇,，滿足各種復(fù)雜零件的制造需求,。

2.6 表面粗糙度與細(xì)節(jié)精度
受束斑尺寸和粉末粒徑等因素影響，電子束技術(shù)常規(guī)打印精度在0.2-0.3 mm左右,，零件表面粗糙度（Ra）相對(duì)較高,，與鋪粉工藝在零件細(xì)節(jié)上的表現(xiàn)差異已成為行業(yè)共識(shí)。

鋪粉式LPBF技術(shù)通常能實(shí)現(xiàn)0.1 mm左右的打印精度,。希禾增材綠激光設(shè)備在純銅及銅合金打印中,，精度可以控制在0.1 mm及以下，部分可達(dá)0.05 mm,。此外,，公司還實(shí)現(xiàn)了純銅最小壁厚0.08 mm及最小孔徑0.2 mm的極限工藝，表面粗糙度（Ra）低至2-6μm,。由此可見(jiàn),，綠激光技術(shù)具備實(shí)現(xiàn)精細(xì)加工和優(yōu)良表面質(zhì)量的能力，為精密零件的制造提供可靠保障,。

3. 綜合分析與市場(chǎng)選擇
3.1 設(shè)備與粉末成本
目前市場(chǎng)上,，同等尺寸的電子束設(shè)備價(jià)格普遍高于綠激光設(shè)備。然而,，設(shè)備成本受成本管控,、市場(chǎng)定位等多種因素影響，因此二者在設(shè)備價(jià)格方面難以一概而論,。

關(guān)于粉末成本,，純銅及銅合金粉末的價(jià)格主要取決于產(chǎn)能、原材料成本,、制粉工藝以及粉末粒徑等因素,。希禾增材綠激光設(shè)備常用粉末粒徑規(guī)格包括5-25μm、15-38μm和15-53μm等多種類型,。相比之下,，電子束技術(shù)適配較粗的粉末粒徑，因此粉末成本相對(duì)略低,。但總體來(lái)看,，不同技術(shù)路線對(duì)粉末性能和粒徑要求各異，粉末成本還需結(jié)合具體工藝需求綜合評(píng)估,。

3.2 未來(lái)展望
總體而言,，金屬3D打印技術(shù)路線多樣，各工藝在打印精度,、材料適配性,、生產(chǎn)效率和成本等方面各具特點(diǎn),，最終的選擇取決于用戶需求和市場(chǎng)反饋。鋪粉式LPBF技術(shù)憑借精細(xì)的打印精度,、較強(qiáng)的材料適應(yīng)能力和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，在金屬增材制造領(lǐng)域,，尤其在航空航天,、工業(yè)制造等市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位。

未來(lái),，隨著技術(shù)不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求日益多元,，不同打印工藝將持續(xù)優(yōu)化升級(jí)，滿足更復(fù)雜的制造需求,。希禾增材將不斷發(fā)展綠激光金屬3D打印技術(shù),，通過(guò)設(shè)備性能的提升與工藝積累，不斷拓展更多材料的應(yīng)用邊界,，為金屬增材制造提供更高效,、更可靠的解決方案。