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激光3D打印接招——来自高附加值3D打印应用的挑战

一、3D打印技术应用于高附加值行业

近几年来,3D打印(增材制造)迅速发展,并深入模具制造、工业设计、文化创意等领域,现正逐渐涉足高价值应用,特别是航空航天行业、医疗行业等行业,商业应用与科学研究齐头并进,3D打印技术在这些行业的应用层次不断深入。

3D打印与航空航天

在航空航天行业中,3D打印主要有三大应用方向,一是用于复杂零部件的直接制造,如飞机引擎零部件、发动机燃料喷嘴、涡轮叶片、叶轮等;二是用于对航空航天装备零部件如叶片、机匣等误加工与修复;三、3D打印技术日臻成熟,它也将越来越多与飞机研制试验结合应用。

与传统加工方法相比,3D打印加工材料利用率高、节省制造成本;大幅减少制造工序,节省生产周期;快速凝固过程提高零部件机械性能和耐腐蚀性;无需模具,设计更灵活。

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航空涡轮发动机

3D打印与医疗行业

在医疗行业中,3D打印主要用于医疗模型(肿瘤切除手术、神经外科手术等)、手术导板、骨科植入物(关节、脊柱)、人造器官(义肢、义齿)等方面。

3D打印技术介入医疗行业为医疗工作者及患者带来更精确的治疗可能,减少手术时间、增加手术安全性,可制造复杂的仿生植入物,为许多患者带来福音。

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3D打印医疗植入物 

激光3D打印技术

3D打印技术主流的烧结热源有两种,即采用激光束的方式和采用电子束的方式。与发展较早的电子快速成型技术相比,激光数字成型技术的高精度、低耗材,并具备与电子快速成型一样的高速加工能力,在金属材料加工上,激光与3D打印技术更加紧密融合,已引起越来越多的重视与关注。

一类是激光直接沉积增材成形技术,以激光近净成形制造(LENS)、金属直接沉积(DMD)技术代表,由激光在沉积区域产生熔池并高速移动,金属材料以粉末或丝状直接送入高温熔池,熔化后逐层沉积。

另一类是激光精密增材成形技术,以金属直接激光烧结(DMLS)、选区激光熔化(SLM)为代表,粉末材料预先铺展在沉积区域,利用高亮度激光按照预先规划的扫描路径轨迹逐层熔化金属粉末,直接净成形出零件。

二、激光3D打印技术中激光器的性能要求

一方面航空航天行业材料具有性能高、强度高、不易加工成型等特点,另一方面医疗行业重要关键结构件具有复杂性、高精密、高难度等,以上这些行业特性及发展趋势对激光器性能提出更高要求:

(1)出于节省燃油及制造成本考虑,航空航天材料有轻量化趋势;

(2)出于性能与安全要求,航空航天材料高强度、高精度、表面光洁,需具有一定的化学纯度;

(3)医疗行业牙科3D打印难度大、义齿本身形状不规则且要求精度高,打印调校及设备参数绝对准确;

(4)医疗行业骨科植入物对材料性能要求高,原料纯度、成型精度等因素影响医疗质量。

这需要从激光器的光束质量、光斑分布、波长、功率等方面综合考量。

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激光3D打印

三、创鑫激光200W/500W激光器应用于激光3D打印

MFSC-200W/500W光纤激光器具备极高的光束质量、极佳的功率稳定性及快速开关响应、高光电转化率、便于集成、维护运营成本低、节能环保等特性,是金属3D打印的理想光源。

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