3D打印技術參考曾撰文指出，新一代SLM技術已經(jīng)表現(xiàn)出了差異化的競爭趨勢，這些差異化圍繞著成型效率、制造成本、后處理、質(zhì)量保證等一直以來備受關注的“痛點”展開，誕生出了一系列的新技術，不僅豐富了產(chǎn)品類型，更給這項發(fā)展了20多年的技術帶來了新活力。本期，3D打印技術參考介紹華南理工大學楊永強教授團隊在新一代SLM技術領域的研究進展。

　　雙波長激光粉末床金屬3D打印機

　　將1070nm的紅外光纖激光器與450nm的藍光半導體激光器相結(jié)合，實現(xiàn)紅外/藍光復合，既可以打印鈦合金、鋁合金、不銹鋼等常規(guī)材料，也可以打印對紅外光具有高反作用的金、銀、純銅等材料，在實際加工過程中只需要根據(jù)材料不同切換激光器即可。這是華南理工楊永強教授團隊正在承擔的一個項目。

　　此種類型的金屬3D打印機目前在市場中還未看到過具體的案例，但卻具有較高的應用價值，尤其是對于面向加工服務的平臺和科研領域的高校。目前，楊永強教授團隊已經(jīng)在兩束不同激光的復合打印研究方面取得了比較好的效果。

　　以粉末床熔融為代表的金屬3D打印機動輒幾百萬，而傳統(tǒng)機型所配備的紅外光纖激光在打印純銅等材料時存在弊端。目前雖已有配備綠光激光器的市售打印機，但對于有多重需求的應用端無疑會增加購機成本。而雙波長打印機的研發(fā)正是新一代SLM技術差異化的表現(xiàn)，具有現(xiàn)實的應用價值。

　　3D打印技術參考查詢了華南理工大學有關本項研究的專利，相關資料指出，450-560nm波長激光的應用提高了鎂、鋁、銅合金等高反射金屬粉末在激光選區(qū)熔化技術中的吸收率，提高了高反射率金屬材料的加工質(zhì)量與加工效率。一種高反射材料藍綠激光微熔化成型裝置，最終實現(xiàn)聚焦光斑直徑小于15μm，采用5-10μm的微細粉末，實現(xiàn)了尺寸精度5μm、特征尺寸小于10微米，表面粗糙度Ra小于2μm，致密度大于99％的藍/綠光激光選區(qū)微熔化。

　　8激光大幅面金屬3D打印機

　　把打印尺寸做大，在保證精度的前提下提高效率，增加振鏡和激光的數(shù)量在目前是比較有效的辦法。通過簡單振鏡拼接方式來提高打印幅面可以將打印尺寸提高到600mm以上，然而通過2振鏡或4振鏡協(xié)同實現(xiàn)的全幅面打印，尺寸會局限在300-400mm；4振鏡拼接打印效率提升有限，不足四倍；9振鏡拼接的搭接面太多。

　　楊永強教授團隊與大族激光合作承擔了廣東省重點研發(fā)計劃，正在開發(fā)8激光器、4個雙振鏡組動態(tài)調(diào)焦的大幅面3D打印機。按照楊永強教授的介紹，在該方案中，兩個激光負責同一個幅面，8個激光分成了四個區(qū)，來實現(xiàn)大幅面打印。

　　激光和振鏡的擺列方式有多重組合，如何更有效的組合好，最關鍵的是解決協(xié)同控制以及多振鏡的光學調(diào)校等問題。

　　多激光大幅面打印機面臨的一個最大問題是氣流和風場的問題，打印過程中的煙塵和飛濺難以避免，在多激光情況下將更加嚴重，氣流場流道的結(jié)構(gòu)設計、處于成型腔內(nèi)的位置、進出氣流的大小，都將對材料的成型質(zhì)量控制產(chǎn)生不同的影響，這是該技術普遍性的問題，楊永強教授團隊有專門的博士生在從事該方面的工作。

　　該團隊目前開發(fā)的商業(yè)化最大尺寸打印機是四激光四振鏡的Dimetal-650，成型尺寸為620*620*1100mm，將亮相TCT 3D打印展。

　　多材料鋪粉式金屬3D打印機

　　華南理工楊永強教授團隊開發(fā)了基于SLM技術的多材料鋪粉式金屬3D打印機，采用上送粉方式，可在成型過程中，不間斷打印的情況下添加粉末，可實現(xiàn)1-4種材料梯度成型、選區(qū)成型，支持單一材料及多種材料轉(zhuǎn)換。通過控制系統(tǒng)，還可以實時監(jiān)控不同粉末用量數(shù)據(jù)。

　　成分梯度合金在航空航天和核領域具有重要的應用價值，部件不同位置可能會根據(jù)工作條件的不同選擇不同的材料。這些不同的工作條件可能需要某個特定的主要功能，例如一個位置需要抗腐蝕和另一個位置需要抗蠕變，這就需要連接兩種或多種不同的合金。同時，成分梯度材料在一些應用中可以顯著降低成本，中航工業(yè)沈陽飛機設計研究所采用增材制造實現(xiàn)了300M與A-100鋼梯度復合設計成型，使飛機起落架的制造成本降低了45%。

　　使用激光粉末床熔化和直接能量沉積為成分梯度合金制造提供了一種有吸引力的途徑，它們的分層送粉機制可以在多個空間維度引入化學成分的梯度。

　　END

　　無論聚焦細分領域，還是解決傳統(tǒng)SLM技術的制造通病，對原有技術進行創(chuàng)新正在成為趨勢，同時也成為產(chǎn)品脫穎而出的關鍵所在。實際上，這一點已經(jīng)成為很多傳統(tǒng)SLM設備商的共識。

　　除以上研究方向外，該團隊還在開發(fā)機器人激光/等離子增減材設備等項目；同時，3D打印技術參考還查詢到楊永強教授團隊多項關于粘結(jié)劑噴射3D打印的專利已經(jīng)在去年獲得授權(quán)。