光惠激光3D打印專用激光器

南極熊導(dǎo)讀：《2021年50家3D打印企業(yè)年營(yíng)收過(guò)1億元，全國(guó)超200億》一文發(fā)布后，引起強(qiáng)烈的反響。中國(guó)的3D打印正在不斷發(fā)展，在消費(fèi)級(jí)、光固化、金屬等領(lǐng)域高速增長(zhǎng)。但是，我們?cè)谶@個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中，也有薄弱環(huán)節(jié)，容易被“卡脖子”，特別是在一部分核心元器件上，更是普遍依賴進(jìn)口。于是，南極熊推出《國(guó)產(chǎn)3D打印核心元器件》特別專欄文章，并整理收錄進(jìn)入全球3D打印產(chǎn)品庫(kù)https://product.nanjixiong.com/，希望助力國(guó)產(chǎn)核心元器件的普及，利用工業(yè)應(yīng)用的力量去反推技術(shù)的進(jìn)步。

光惠激光3D打印專用激光器

作者：光惠激光應(yīng)用工程師·顧佳星

金屬材料的增材制造（3D打?。┕に囋诤娇?、航天、航海、車輛、模具制造、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的需求巨大。目前，應(yīng)用于金屬增材制造工藝的熱源有激光束、電子束、微束等離子三大高能束及燒結(jié)熱輸入等，其中的激光束是金屬增材制造領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的高能束熱源。與電子束、微束等離子熱源相比，激光束具有光斑細(xì)、成本低、可定向作用到指定材料位置等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)金屬材料的瞬間熔凝，滿足熔道搭接和零件成形的要求。

激光3D打印使用的激光器有光纖激光器、半導(dǎo)體激光器、Nd:YAG激光器和CO2激光器。不同材料對(duì)不同波長(zhǎng)的激光吸收不同。通常，打印聚合物以CO2激光器為主，而金屬粉末的3D打印主要使用光纖激光器。

激光3D打印對(duì)激光器的需求
激光3D打印對(duì)激光器的需求主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面是功率與功率穩(wěn)定性，另一方面是光束質(zhì)量及光斑大小。
（1）功率與功率穩(wěn)定性
3D打印成形過(guò)程主要靠的是激光的熱效應(yīng)，激光強(qiáng)度必須超過(guò)一定的能量閾值才能使材料熔化，因此更關(guān)注激光器平均輸出功率，對(duì)于激光器的脈沖模式不敏感，因此通常使用連續(xù)光纖激光器，功率大致分布在100W~1000W之間。
模型越大，層數(shù)越多，打印時(shí)間越長(zhǎng)。一般持續(xù)時(shí)間在幾個(gè)小時(shí)到幾十個(gè)小時(shí)。所以，對(duì)于激光器長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行提出了很高的要求。如果溫度偏高，金屬粉末可能會(huì)過(guò)燒、甚至?xí)?dǎo)致其他已成形的部分重熔；溫度偏低，金屬粉末熔化不徹底，粘合力不夠，成形構(gòu)件形狀就可能保持不住。因此，激光器的功率穩(wěn)定性對(duì)于打印質(zhì)量至關(guān)重要。
（2）光束質(zhì)量及光斑大小
光束質(zhì)量和光斑大小體現(xiàn)打印精度的關(guān)鍵參數(shù)之一。3D打印是通過(guò)激光束掃描成形的，激光的光斑越小，掃描的精度就越高，打印出來(lái)的模型分辨率就越高，肉眼可見的就是打印件表面越細(xì)膩。
光束質(zhì)量通常以BPP或M2來(lái)表征，M2越接近1，表明光束質(zhì)量越好，激光能量越集中，對(duì)周圍的熱影響越小；同時(shí)，光束質(zhì)量越好，對(duì)應(yīng)的發(fā)散角度越小，聚焦出來(lái)的光斑也會(huì)相應(yīng)更小。

光惠激光3D打印專用光纖激光器
光惠激光（GW Laser Tech）作為全球高亮度光纖激光器領(lǐng)先者，隨著3D打印技術(shù)的興起，也在這一應(yīng)用領(lǐng)域積極探索，推出了針對(duì)3D打印應(yīng)用的500W單模10μm/14μm連續(xù)光纖激光器，面向醫(yī)療器械、汽車零部件、航空航天等領(lǐng)域。
其中，10μm和14μm不同芯徑大小決定了光斑大小，主要影響激光功率密度，即單位面積的光能量大小，同等功率條件下，光斑尺寸越小，激光功率密度越大，高功率密度光斑適宜打印高熔點(diǎn)或者高反射的金屬粉末。

▲ 光惠激光500W單模10μm光纖激光器

產(chǎn)品主要優(yōu)勢(shì)：
➢超薄、輕量化設(shè)計(jì)，19寸1.5U高度設(shè)計(jì)，重量＜20kg，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕，賦予無(wú)與倫比的集成便利性和靈活多用性。
➢產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采用密閉設(shè)計(jì)，針對(duì)3D打印使用環(huán)境，大幅度提高激光器整體的可靠性，IP65防護(hù)等級(jí)，可持續(xù)在高溫、高濕、高粉塵等惡劣環(huán)境中運(yùn)行。
➢最大功率500W，足可以成形奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、鈦合金、鎳基高溫合金、鋁合金、鎂合金等常用金屬材料。
➢功率穩(wěn)定性好，每小時(shí)波動(dòng)＜1%，保證超長(zhǎng)時(shí)間打印的工藝一致性。
➢光束質(zhì)量好，M2<1.1，單模10/14μm光纖輸出，輸出光斑小，打印精度高。

主要技術(shù)指標(biāo)：

	輸出功率（瓦）	500W
	工作模式	連續(xù)輸出/脈沖輸出/自設(shè)脈沖模式
	輸出功率調(diào)節(jié)范圍（%）	1-100%
	輸出激光波長(zhǎng)（納米）	1070 ± 10 nm
	輸出光斑質(zhì)量	M2≤ 1.1
	功率穩(wěn)定性	< 1%（水溫在25 ± 1 °C）
	最大調(diào)制頻率	50kHz
	激光響應(yīng)時(shí)間	< 10us
	指示激光波長(zhǎng)（納米）	650 nm
	指示光功率 可調(diào)范圍（毫瓦）	0.5-1
接口		QBH/QCS
傳輸光纜纖芯直徑和長(zhǎng)度		10μm/5m（其他可定制）
	輸入電壓	220VAC/50Hz/60Hz
	電力消耗	<= 2.5 kW
	尺寸	536 x 482 x 66 [mm] (L×W×H)
	重量	20[kg]

實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)：

▲光學(xué)特性

▲光斑

▲M2因子

▲輸出光譜

3D打印可以加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件，節(jié)省原材料，是一種劃時(shí)代的制造方式。光惠激光的3D打印專用激光器憑借著優(yōu)異的光束質(zhì)量的輸出穩(wěn)定性，在工業(yè)設(shè)計(jì)、教育等消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)已有廣泛應(yīng)用，并已逐步用于航空航天、汽車制造、醫(yī)療等高端工業(yè)領(lǐng)域。未來(lái)，光惠激光將在3D打印領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，通過(guò)自主創(chuàng)新，進(jìn)行產(chǎn)品迭代升級(jí)，不斷為客戶提供優(yōu)質(zhì)的光纖激光器、以及強(qiáng)有力的技術(shù)支持。