2021年7月，南極熊獲悉，德國研究機構Fraunhofer IWS透露，它正在測試一個3D列印系統，這套系統可能比目前基于振鏡的雷射製造技術快"一千倍"。這種新型金屬3D列印技術的可行性一旦得到應用，將會在3D列印行業掀起一場革命，它會為大批量增材製造金屬零部件鋪平道路。
△雷射增材製造
據悉，這家研究所的裝置重點在於一個高功率的13KW "動態光束雷射器"，它能夠迅速產生不同的能量分布模式，並精確地列印出極為複雜的材料。據FraunhoferIWS的Andreas Wetzig稱，這項技術推動了金屬3D列印的極限，將會解鎖新的合金材料在醫療、電動車和航空航天領域的廣泛應用。
CBC 3D列印技術裝機應用
這項突破性技術最初由以色列公司Civan Lasers開發，Fraunhofer IWS用相干光束來做金屬3D列印。這種方法被認為是高功率雷射工藝的 「巔峰"，它涉及到將雷射分割放大成多條相干光線，然後再將它們合併成強大的單束。
在Civan Lasers公司的案例中，它們已經開發出一種利用部分光束的小相位偏移來調製能量分布模式的方法。與現有的雷射器相比，動態光束雷射器在光束中心釋放出大部分能量，因此能夠將零件製成複雜的 "環 "或"馬蹄 "形狀。
從理論上講，使用光束偏轉光學器件或快速振鏡已經可以做到這一點，儘管每次重新調整都需要幾毫秒。然而，Civan Lasers公司的方法更快，能夠在微秒內調整雷射的能量模式，因此它有可能使動態光束成形首次用於工業規模的金屬3D列印。這套動態光束雷射器現在已經從耶路撒冷運到德勒斯登的Fraunhofer IWS進行安裝。
△一位工程師在德勒斯登的Fraunhofer IWS安裝耶路撒冷的 "動態光束雷射"。照片來自Fraunhofer IWS
Fraunhofer IWS和"ShapeAM"
作為歐盟支持的 "M-era.Net "計劃中 "ShapeAM "項目的一部分，Civan Lasers公司已經在Fraunhofer IWS的德勒斯登工廠安裝了一套名為"CIVAN"的新型系統。ShapeAM團隊與焊接專家Laser Welding Solutions的同事合作，表示最終目標是開發具有 "改進材料特性 "的鈦和鋁3D列印部件。南極熊的全球3D列印產品庫product.nanjixiong.com將收錄這款產品。
具體而言，研究人員打算利用動態光束成型來消除部件缺陷，並克服裂紋敏感材料帶來的許多現有挑戰。在這樣做的過程中，研究小組認為也有可能創造出具有特定應用價值的金屬部件，例如為在外太空執行任務而定製的部件，或具有增強生物相容性的植入物。
為了衡量動態光束雷射器的能力，Fraunhofer IWS和Civan Lasers的專家們首先計劃對光束輪廓和材料進行基本測試，通過評估它對通常難以加工的合金的切割、連接或3D列印各種物體的能力來確定最終用途。
雖然該項目在2021年7月才開始，但Fraunhofer IWS已經預測，CIVAN將在3D列印過程中對熔池動態提供 "更快和更精確的控制"。在其他領域，該研究所還預計，當涉及到雷射切割時，動態光束雷射器將被證明是目前光纖雷射器的兩倍，同時產生無毛刺的切割，並具有良好的邊緣質量。
2021年9月14日，Fraunhofer IWS將舉行網絡研討會，屆時它將與潛在的工業和研究夥伴深入探討其實驗，那些對測試該技術感興趣的人將被邀請將CBC雷射器用於他們自己的應用，但條件是任何後續發現將在2021年12月7日至9日的雷射研討會和ISAM 2021上提出。
△預計新的 "CIVAN "將在金屬3D列印中開啟動態光束成型。照片來自Fraunhofer IWS
高功率雷射3D列印
與FraunhoferIWS正在試驗的基於CBC的系統不同，目前許多金屬3D印表機都僅限於使用1KW的單雷射器。為了解決這個問題，製造商越來越多地在他們的印表機上安裝多個高功率雷射器和大構建量，做出具有工業規模應用潛力的巨型機器。
考慮到這一點，SLM Solutions在去年的Formnext Connect展會上發布了強大的新NXG XII 600 3D印表機。它包含12個1KW的雷射器，專門為汽車或航空航天領域的企業大規模生產大尺寸零件而設計，它已經吸引了 "歐洲主要OEMs "的興趣。
同樣，Farsoon技術公司在2021年TCT亞洲展覽會上推出了一款新的粉末床融合（PBF）3D印表機，它具有不少於8臺1000W的雷射器。Farsoon的系統有兩種設置，包括FS721M-8和縮小版的FS721M，讓客戶降低生產成本，在汽車、工具和工業領域應用。
200萬雷射點的金屬「區域3D列印」技術，Seurat速度提升1千倍
其實，把金屬3D列印技術提升千倍的技術，還有其他。2021年7月1日，南極熊獲悉，金屬3D列印創業公司Seurat Technologies最近獲得了4100萬美元（約2.65億元人民幣）的B輪融資，由投資公司Capricorn基金領投。
據悉，Seurat公司將使用這筆資金繼續加速「區域列印工藝」的研發和商業化。這是一種創新的3D列印技術，使用200萬個雷射點來實現部件的大規模3D列印。這與EOS此前發布的近百萬個二極體雷射器來融化材料看起來很相似。
△Seurat200萬個雷射的「區域列印工藝」，可以列印金屬件
△EOS的LaserProFusion技術，採用近百萬個二極體雷射器來熔化材料並逐層製造零件，適用於尼龍粉末材料
但是，在技術原理上並不相同，Seurat的這種新技術不是增加雷射源的數量，而是使用一種全新的光束處理方法來增加每次的熔化量。常規的金屬增材製造系統的光斑直徑為100微米，對於單雷射系統，就是使用直徑100微米的雷射進行掃描列印。而Seurat系統將200萬個雷射點射向15平方毫米的方形區域，每個光點的直徑大約為10微米，也就是說一次列印一個區域。
南極熊剖析一下，可能你會更容易理解這個技術的厲害之處：
現有的金屬增材製造中效率比較高的兩種工藝是：電弧熔絲和粘結劑噴射。電弧熔絲使用基於金屬絲的焊接工藝來沉積材料。然而，電弧熔絲的列印精度很低，能列印的最小特徵尺寸在5-10毫米之間。粘合劑噴射法是基於噴墨列印技術，以高生產速率列印毛坯部件，然而列印之後還需要進行燒結，兩步法也使這項技術難以掌握。目前，使用這兩種技術方法可以實現400-1,500立方釐米/小時的列印速度。
Seurat的區域列印技術的生產力遠遠超過任何現有金屬3D列印技術。它的列印速度甚至高於電弧熔絲，但它保持了雷射粉末床熔融的精度和解析度，並有可能進一步提高表面質量和零件的靈活性。
備註：
Seurat區域金屬3D列印白皮書.pdf 下載，請往南極熊公眾號後臺回復關鍵詞「Seurat 」。
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