多激光同轴复合金属3D打印技术CML Hybrid，拓展DED能力边界，助力前沿科研方向

2024年4月28日，英尼格玛CML Hybrid技术在第八届全国增材制造青年科学家论坛正式发布。

激光同轴复合技术Coaxial Multi-Laser Hybrid, 简称CML Hybrid。采用该技术的CML-Hybrid-1500DF-ARC多激光电弧同轴复合硬件系统，通过全部可独立调控的6激光模组复合电弧热源、6路粉末和丝材同送以及双路保护气，实现包括多波长激光复合、激光电弧复合、丝粉复合以及保护气复合的四重复合技术，适用于变组分梯度材料、原位合金化增材、高通量材料制备、微观组织调控等DED技术前沿研究方向，同时可满足提升增材材料兼容性、增材效率、构件精度、性能及复杂程度等DED技术工程化应用需求，是DED技术的集大成之作。

详见：《填补国内空白，南理工携手英尼格玛共同开发多光束集成丝光同轴激光定向能量沉积技术》

可独立控制的丝粉同送复合、双路保护气复合，助力变组分梯度材料、原位合金化增材、高通量材料制备、微观组织调控等DED前沿研究方向

CML-Hybrid-1500DF-ARC采用送丝和6路完全独立的送粉粉路复合，实现丝粉同送增材。可同时接入多台送粉器，且送粉参数各自独立，可有效实现原位合金化增材，高自由度的材料配比调节，可用于变组分梯度材料、纳米颗粒增强等材料的快速制造，以及满足新材料开发的高通量制备需求。

同时丝粉同送技术呈现出了明显的优势：
1.高通量材料制备；
2.兼顾效率和灵活性；
3.更短的工艺流程。

CML-Hybrid-1500DF-ARC通过设置内外独立双气路，实现保护气复合。内外气路在结构及控制上完全独立，从而使得在增材时可以使用内外异种气体进行气氛保护，并且气流量各自独立可调，内气路集中作用于熔池区域，外气路作用范围较大，可针对性选择不同气体实现特殊的工艺效果。

例如，通过外气路向沉积层输送液氮，能够实现非平衡快速凝固工艺。通过使用液氮控制基体温度实现强制冷却，配合激光的高功率密度减小热影响区的效果，起到增加过冷度、令合金熔体进行促发形核和快速生长，从而改善材料性能。

△来源：液氮冷却条件下激光快速熔凝Ni-28 wt%Sn 合金组织演变, 西北工业大学凝固技术国家重点实验室的曹永青、林鑫等

可独立控制的多波长激光复合、激光电弧复合，满足提升增材材料兼容性、增材效率、构件精度、性能及复杂程度等DED技术工程化应用需求

相关工艺研究表明，在激光-MIG复合热源中，激光照射能够引导电弧压缩集中形成导电通道，起到稳定电弧以及熔滴过渡的效果；除此之外电弧的加热作用也能进一步促进工件对激光的吸收率提升，并提高构件性能。

CML-Hybrid-1500DF-ARC配置可独立控制的激光电弧同轴复合热源。同时使用激光和电弧双重热源复合进行增材，提高了工艺过程稳定性和构件性能。交替使用两种工艺，如通过使用表面成型质量更好、精度更高的激光增材工艺进行外壁、结构细节等位置进行精细增材，使用沉积效率更高的电弧工艺进行内部填充、整体框架等结构的高效增材；亦可实现整体上高效高质的效果。

采用全红光热源在材料方面的适用范围有限。而全蓝光激光材料适用性较好，但是能量转换效率低，能量传输损耗大，成本高。研究表明，随着温度的提升，金属材料对激光的吸收率会有明显提升（图 1），通过使用蓝光作为启动热源预热材料，提供对红光吸收率，大功率红外激光作为主要功率输出，能够以较低的投入实现同等效果的功率输出。

CML-Hybrid-1500DF-ARC采用6个可独立配置和控制的激光模组，实现多波长激光复合，常用的组合如红蓝激光复合，能够增大材料适用范围，提高如铜、铝等高反金属材料对激光的吸收率，同时又较好地兼顾了经济性。

CML Hybrid技术，是英尼格玛公司基于与南理工共同开发的CML多光束集成丝光同轴激光定向能量沉积技术为基础，结合自成立以来13年深耕电弧增材制造所积累的经验，开辟出的全球首创DED新技术开发方向。

在5月7日-9日的2024 TCT亚洲展上，英尼格玛CML-Hybrid-1500DF-ARC多激光电弧同轴复合硬件系统将首次公开亮相，坐标7.1馆7E26展位，可扫描二维码预约参观。

备注：项目团队已公布开源决定，计划将共同开发的CML多光束集成丝光同轴激光定向能量沉积系统技术开源，以助力CML技术的持续发展和应用。