蓝光+区域打印 | 美空军资助100倍速未来金属3D打印设备研发

近日，3D打印技术参考注意到，美国空军“小企业创新研究”（SBIR）计划已授予蓝色激光专家NUBURU第二阶段合同，以开发基于蓝色激光的区域3D打印技术。

NUBURU是知名的高功率蓝色激光技术开发商，已率先将其用于电池、电动汽车和消费电子产品中的金属焊接。2022年，NUBURU与3D打印机制造商Essentium合作，正在开发一种基于蓝色激光的新型金属3D打印机。据3D打印技术参考了解，这是一台丝材定向能量沉积设备。

蓝色激光对金属3D打印具有特殊的意义。以不锈钢、铝、镍基高温合金等为代表的主流金属材料对传统使用的红外激光吸收率并非最高，而是会反射大部分能量。通常被拿来对比的铜，则更具代表性。从下图可以看出，当前主流使用的金属3打印材料对蓝光的吸收率是传统红外激光的1.5至几十倍。在往期文章中，3D打印技术参考对此做过详细介绍，可在延伸阅读中查看。

蓝色激光的吸收率优势

蓝色激光金属3D打印的潜力

此次美国空军资助的重点是，希望NUBURU能够开发出一种新的基于蓝光技术、能获得高金属密度、微米级分辨率、零后处理，同时将构建速度提升100倍的新金属3D打印解决方案。很明显这是一台基于蓝光的SLM 3D打印机，但相关报道也指出新的装备同时具有区域打印的能力。

“区域打印”对于3D打印来说仍属于一个新概念，通常是指从激光逐点扫描发展到“逐区域”打印。这项概念由另一家美国公司Seurat提出，依据它的技术，一束激光中包含了200万个激光点，可一次实现5×5mm甚至20×20mm的区域成形。因此，区域打印极大提高了金属3D打印的速度，并有望规模化的降低制造成本。Seurat希望到2025的第二代设备将打印速度提升到现有SLM的100倍，使平均零件打印成本将为150美元/公斤。

区域金属3D打印的真实过程

在3D打印技术参考看来，区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战。而如果将现在发展仍不成熟的蓝色激光技术与区域打印相结合，并应用在SLM技术的开发上，这无疑可以称之为下一代SLM技术。

蓝色激光相比于红外激光的优势不仅仅体现在吸收率上，更重要的是与之相关的熔化过程的改善。吸收率的提升意味着工艺窗口将大大增加，熔化过程更为可控，飞溅污染将会减少；对激光器功率的需求也会将大幅降低，同时，激光扫描速度也会因吸收率的提高而增加，进而表现在打印效率上。蓝光还有另一个物理优势——小尺寸光斑，对于金属3D打印来说可以获得更精细的分辨率。同时，蓝光能够在相对红外激光与聚焦透镜两倍以上的距离产生与后者相同的光斑尺寸，从而获得更大的扫描区域。

3D打印技术参考对基于蓝光和区域打印的新解决方案优势总结为三点：

• 更高的打印效率；

•更高的成型质量；

•更大的打印空间。

这三点有助于帮助粉末床激光熔融技术实现批量生产并大幅降低成本。

蓝光具有小尺寸焦点，对于增材制造，蓝光可以实现更精细的分辨率，更大的扫描区域

如能将蓝色激光与区域打印技术结合，无疑会带来非常多的想象空间。对于NUBURU来说，这是其实现技术应用的进一步发展，而对于增材制造行业来说，将意味着更高的规模化制造能力和成本优势，从而进一步打开航空航天和汽车市场。当然，可能还有更多无法预知的可能性。

NUBURU首席执行官兼联合创始人表示，他们很荣幸通过这份合同将蓝色激光技术和下一代3D打印能力带给美国军方。通过将蓝色激光的吸收优势与区域打印技术相结合，目标是制造出更大规模的3D打印机，其打印速度将是基于红外激光的打印机的100倍。如果项目获得成功，可以让军方直接生产老旧的飞机零件，而不需要花很长时间去采购，这将大大减少建造和更换关键部件所需的时间。

据3D打印技术参考了解，国内华南理工杨永强教授团队已经开展过蓝色激光与红外激光双波长粉末床熔融装备的研究；除此之外，国内也有团队在进行区域3D打印技术的研究，但确实比较困难。