光惠激光3D打印专用激光器

南极熊导读：《2021年50家3D打印企业年营收过1亿元，全国超200亿》一文发布后，引起强烈的反响。中国的3D打印正在不断发展，在消费级、光固化、金属等领域高速增长。但是，我们在这个产业链当中，也有薄弱环节，容易被“卡脖子”，特别是在一部分核心元器件上，更是普遍依赖进口。于是，南极熊推出《国产3D打印核心元器件》特别专栏文章，并整理收录进入全球3D打印产品库https://product.nanjixiong.com/，希望助力国产核心元器件的普及，利用工业应用的力量去反推技术的进步。

光惠激光3D打印专用激光器

作者：光惠激光应用工程师·顾佳星

金属材料的增材制造（3D打印）工艺在航空、航天、航海、车辆、模具制造、医疗器械等领域的需求巨大。目前，应用于金属增材制造工艺的热源有激光束、电子束、微束等离子三大高能束及烧结热输入等，其中的激光束是金属增材制造领域应用最广泛的高能束热源。与电子束、微束等离子热源相比，激光束具有光斑细、成本低、可定向作用到指定材料位置等优点，可实现金属材料的瞬间熔凝，满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纤激光器、半导体激光器、Nd:YAG激光器和CO2激光器。不同材料对不同波长的激光吸收不同。通常，打印聚合物以CO2激光器为主，而金属粉末的3D打印主要使用光纤激光器。

激光3D打印对激光器的需求
激光3D打印对激光器的需求主要体现在两个方面：一方面是功率与功率稳定性，另一方面是光束质量及光斑大小。
（1）功率与功率稳定性
3D打印成形过程主要靠的是激光的热效应，激光强度必须超过一定的能量阈值才能使材料熔化，因此更关注激光器平均输出功率，对于激光器的脉冲模式不敏感，因此通常使用连续光纤激光器，功率大致分布在100W~1000W之间。
模型越大，层数越多，打印时间越长。一般持续时间在几个小时到几十个小时。所以，对于激光器长时间稳定运行提出了很高的要求。如果温度偏高，金属粉末可能会过烧、甚至会导致其他已成形的部分重熔；温度偏低，金属粉末熔化不彻底，粘合力不够，成形构件形状就可能保持不住。因此，激光器的功率稳定性对于打印质量至关重要。
（2）光束质量及光斑大小
光束质量和光斑大小体现打印精度的关键参数之一。3D打印是通过激光束扫描成形的，激光的光斑越小，扫描的精度就越高，打印出来的模型分辨率就越高，肉眼可见的就是打印件表面越细腻。
光束质量通常以BPP或M2来表征，M2越接近1，表明光束质量越好，激光能量越集中，对周围的热影响越小；同时，光束质量越好，对应的发散角度越小，聚焦出来的光斑也会相应更小。

光惠激光3D打印专用光纤激光器
光惠激光（GW Laser Tech）作为全球高亮度光纤激光器领先者，随着3D打印技术的兴起，也在这一应用领域积极探索，推出了针对3D打印应用的500W单模10μm/14μm连续光纤激光器，面向医疗器械、汽车零部件、航空航天等领域。
其中，10μm和14μm不同芯径大小决定了光斑大小，主要影响激光功率密度，即单位面积的光能量大小，同等功率条件下，光斑尺寸越小，激光功率密度越大，高功率密度光斑适宜打印高熔点或者高反射的金属粉末。

▲ 光惠激光500W单模10μm光纤激光器

产品主要优势：
➢超薄、轻量化设计，19寸1.5U高度设计，重量＜20kg，结构紧凑、体积小、重量轻，赋予无与伦比的集成便利性和灵活多用性。
➢产品结构采用密闭设计，针对3D打印使用环境，大幅度提高激光器整体的可靠性，IP65防护等级，可持续在高温、高湿、高粉尘等恶劣环境中运行。
➢最大功率500W，足可以成形奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、钛合金、镍基高温合金、铝合金、镁合金等常用金属材料。
➢功率稳定性好，每小时波动＜1%，保证超长时间打印的工艺一致性。
➢光束质量好，M2<1.1，单模10/14μm光纤输出，输出光斑小，打印精度高。

主要技术指标：

	输出功率（瓦）	500W
	工作模式	连续输出/脉冲输出/自设脉冲模式
	输出功率调节范围（%）	1-100%
	输出激光波长（纳米）	1070 ± 10 nm
	输出光斑质量	M2≤ 1.1
	功率稳定性	< 1%（水温在25 ± 1 °C）
	最大调制频率	50kHz
	激光响应时间	< 10us
	指示激光波长（纳米）	650 nm
	指示光功率 可调范围（毫瓦）	0.5-1
接口		QBH/QCS
传输光缆纤芯直径和长度		10μm/5m（其他可定制）
	输入电压	220VAC/50Hz/60Hz
	电力消耗	<= 2.5 kW
	尺寸	536 x 482 x 66 [mm] (L×W×H)
	重量	20[kg]

实际测试数据：

▲光学特性

▲光斑

▲M2因子

▲输出光谱

3D打印可以加工传统方法难以制造的零件，节省原材料，是一种划时代的制造方式。光惠激光的3D打印专用激光器凭借着优异的光束质量的输出稳定性，在工业设计、教育等消费级市场已有广泛应用，并已逐步用于航空航天、汽车制造、医疗等高端工业领域。未来，光惠激光将在3D打印领域持续发力，通过自主创新，进行产品迭代升级，不断为客户提供优质的光纤激光器、以及强有力的技术支持。