光束整形和区域打印，谁是金属3D打印的未来？！

2025年8月12日

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当前，光束整形和区域打印是激光粉末床熔融（LPBF）3D打印工艺最新的创新发展方向。那么这两者谁更具优势？

就商业化而言，区域打印相比光束整形更早，但多年过去仍仅有Seurat一家公司实现，可以看出门槛很高。光束整形则是从去年以EOS推出首款基于该技术的设备为起点，掀起了LPBF技术新的创新浪潮，华曙高科、汉邦激光等快速跟进。一场关于LPBF金属3D打印工艺新的创新，正愈演愈烈。本期内容，3D打印技术参考将横向对比两项技术。

核心问题解决成型效率与质量挑战

激光粉末床熔融（LPBF）工艺通过高能激光逐层熔化金属粉末并精确堆积成复杂零件。该技术过程经历快速加热和冷却，以及不可预测的粉末飞溅行为可能会导致气孔及裂纹等缺陷，影响表面质量、机械性能和尺寸精度。除此之外，激光打印的速度之慢导致金属3D打印的使用成本高企，严重限制推广应用。

传统上，解决以上问题通常通过调整激光功率、光斑大小及扫描速度等方式实现。但关于LPBF的核心挑战仍然存在：想要提高扫描速度优化生产速率就需要按照比例地增加激光功率。激光功率的增加会使控制熔池变得更加困难，相应的缺陷增加。即便可以通过增加激光器数量规避，但却存在进一步提升的限制，且多激光管理也充满挑战。

动态光束整形既提速度，也保精度

LBPF工艺中，高斯光束形状是在激光腔内自发形成的。这种光束形状将峰值激光强度集中在其中心，在于金属粉末作用过程中，极易导致超过金属熔点的局部过热。金属粉末蒸发产生的反冲压力会破坏熔池的稳定性，导致匙孔等缺陷。

将高斯光束整形为平顶光束

#光束整形的意义就在于改变光束的能量分布状态，从而改进对熔池动力学的控制并减少打印过程中的颗粒飞溅。学术界因此研究了平顶光束、贝斯尔光束、环形光束等多种类型，这些整形光束通过更均匀地重新分配激光能量减少了过度加热，并控制温度梯度和熔池深度，提高表面质量。

平顶光束改善零件表面质量

于此同时，整形后的光束光斑尺寸增加数倍，提高了激光加工速度，同时减少了缺陷数量，显著提高了生产率。业界也进一步延用此前多激光并行路线，配置多台激光器进行光束整形，实现金属3D打印效率的进一步提高。

但3D打印技术参考从实际光束整形光斑打印的效果看出，零件表面质量受到了损失，这边引出了下一个问题——多光斑搭配，既提速度也保精度。采用光束整形的大光斑打印填充，轮廓切换为小光斑实现高精度打印，这一点汉邦激光已经公开了研究成果。这被称之为动态光束整形技术，可根据局部特征和打印条件选择合适的光斑大小和形状，实现激光器的多维度控制。

汉邦激光实现高斯光、点环光模式无缝切换

光束整形金属3D打印或将在近年为行业普遍使用

光束整形技术并非因3D打印的需求而生，而是已经存在了很久，已广泛应用于激光切割、焊接等多个领域。因此在技术上，或许并不存在很高的门槛，而在光斑及3D打印工艺控制上，需要品牌方深入且细致的探索、研究与优化，确保产品在实际生产应用中的质量、性能与稳定性。在此方面，EOS在为行业树立典范。

但需要指出的是，业界仍然需要看到这项技术是否存在速度提升的天花板。对于真正的大规模批量生产来说，光束整形技术是否仍然太慢。从本质上讲，该过程仍然依赖于单点光束，即便提升到200μm的光斑，对于工业规模批量生产来说，成本仍旧较高。但技术需要稳步的往前发展，相比区域打印来说，光束整形技术的创新，正当其时。

由华曙高科高斯光斑和环形光斑3D打印的火箭发动机喷嘴

区域打印的突破

金属3D打印要达到金属铸造、锻造或机械加工的生产率水平，需要一种全新的方法。利用高度并行化的激光金属加工技术，通过单个大尺寸图案光束进行动态像素控制的方法可以不依赖单个激光光斑，而是利用可编程激光脉冲在空间和时间上对每个像素进行精确定位熔化。

#区域打印技术通过将平铺式图案激光脉冲与极高的激光功率（约10kw）相结合来实现这一目标，从而提高大面积3D打印所需的能量。这种特殊的3D打印技术大大加快了增材制造过程。与使用传统的约100微米大小的多光束激光光斑不同，该技术单脉冲熔化的粉末面积提升了几个数量级。Seurat公司现如今的区域打印技术能够在单脉冲中熔化10×10mm²的区域。与最初的单激光LPBF技术相比，单位时间内打印的面积增加了10000倍，这无疑代表着金属3D打印效率的跨越式提升。

#Seurat 声称，其区域打印可以在不牺牲分辨率的情况下提高制造效率。最终打印表面的边缘精度与图案一样精细，可以做到小于50微米。这一突破为真正的工业生产规模的快速增材制造行业带来了新的可能性。写到这里，笔者不乏疑惑，既然如此颠覆，#苹果公司为何不选择它作为其#折叠iphone、apple watch等#电子3C产品 3D打印技术的供应商？！