欧瑞康验证光束整形技术，对金属3D打印具有真正的变革潜力！

2025年7月14日

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上周，3D打印技术参考重点介绍了由多家欧洲知名企业和高校发起的，欧瑞康作为重要参与方，展示了光束整形3D打印技术在其关键应用之一——叶轮制造中所发挥的作用。

叶轮在工业压缩机、石油天然气以及航空航天等多个行业中发挥着至关重要的作用。封闭式叶轮可提高效率、增强结构完整性，并提升挥发性液体的处理性能。制造这些叶轮面临诸多挑战：传统的铸造方法存在内部缺陷和表面质量受限的风险；而机械加工需要将单独的零件焊接在一起，增加成本和复杂性。为了克服这些限制，欧瑞康开始使用LPBF 3D打印工艺，通过一体式生产封闭式叶轮，消除装配问题，并能够制造复杂的内部几何形状。

欧瑞康用于空间应用的叶轮（渲染图）

IN718是高性能航空航天部件的首选材料，因为它在高温下具有出色的强度和优越的耐腐蚀性。这些特性使其成为对耐用性和可靠性至关重要的严苛环境的理想选择。在InShaPe项目中，采用了欧瑞康专为增材制造开发的优质气雾化粉末MetcoAdd™ 718C，其具有优秀的流动性、可控的化学性质和一致的粒度分布，确保航空航天和其他高端应用所需的工艺稳定性和材料性能。

测试样品超过500个获得最佳工艺参数

欧瑞康的主要目标是实现40cm³/h的成型速度（目前最先进的技术已达到15.1cm³/h），同时确保相对密度超过99.8%。为了实现这一目标，项目团队研究了各种环形激光轮廓，其外径范围从350-550μm，且环厚不同。激光功率范围为700-1300w，扫描速度范围为400-3000mm/s，扫描间距范围为0.1-0.4mm。样品制造数量达500多个。（经查询，环厚是指从环形激光的内边缘到外边缘的径向距离）

验证发现，当环形光斑外径350 µm，环厚120µm（后称为 Ring-350-120）可获得最佳效果。所选参数的理论构建速率为93.3cm³/h，同时确保相对密度>99.8%。使用此参数，打印了叶轮的一部分以及测试样品，以确保完整叶轮的可构建性。

打印的叶轮截面和沿试样构建方向的横截面。基于图像分析的相对密度为99.81%。右图展示了所使用的环形激光光斑参数为Ring-350-120，以及光斑尺寸为80µm的高斯光束（Gauss-080）

量化功耗和废料产生评估关键指标是否达到
为了评估InShaPe的要求指标是否达到，项目组打印了两个相同的叶轮（包括支撑结构），打印参数分别选择InShaPe开发的Ring-350-120和此前使用的高斯光束最先进参数。

用于评估InShaPe关键绩效指标的完整叶轮图像。左：使用InShaPe开发的Ring-350-120 打印的叶轮。右：使用高斯光束最佳参数打印的叶轮

在建造过程中，使用A. Eberle PQBox 150进行电力监控，以评估能耗。该设备记录电压和电流，并自动计算功耗，从而精准洞察机器在整个过程中的能耗。通过跟踪建造过程中关键阶段的粉末和零件质量，量化废料的产生量。记录的质量值如下：

1. 粉末被装入机器

2. 筛分前的粉末（构建作业后从构建室收集的粉末，包括溢出粉末、构建板上的粉末和未使用的原料）

3. 筛分后的粉末

4. 最终零件质量

成本计算采用欧瑞康内部的标准会计准则，其中考虑了打印的前后处理、打印过程本身。

从结果可以看出，InShaPe项目在金属增材制造领域取得了显著进步，叶轮的制造效率虽没有达到目标，但仍然提高了6.2倍；由于打印时间是主要的成本因素，生产率的提高导致生产成本降低了57%，超过了该项目50%的目标。尽管使用了1300W的激光功率，但总能耗仍降低了58%，几乎达到了60%的减排目标。这一效率提升主要归功于显著缩短的成型时间。此外，减少废料也取得了显著成效，废料产生量降低了73%。

光束整形对金属增材制造的变革潜力

欧瑞康通过该项目展示了激光光束整形技术在金属增材制造领域的变革潜力。成果不言而喻——生产力、成本效益和可持续性均显著提升。

通过利用光束整形技术，金属3D打印的制造速度提高了六倍，同时降低了能耗、废料产生量和总体生产成本。这些进步不仅有利于航空航天应用，也为更广泛高性能应用奠定了基础，这些应用对精度、可靠性和环保要求更高。