中航迈特光束整形金属3D打印技术取得重要进展，多种材料已成功验证
中航迈特在金属3D打印装备研发方面持续发力，尤其是光束整形技术近期取得重要进展。
在本届TCT亚洲展，它推出的MT280搭载了无级点环光斑能量智调系统，是光束整形金属3D打印当前较新的看点。
据3D打印技术参考了解，无级点环光斑能量智调，可以实现高斯光、环形光与点环光斑在0.4S内瞬时完成动态变换，整个过程使用全电动调节，无需人工更换光学组件。
中航迈特MT280设备搭载了两台1000W的高功率激光，该公司针对这一新的光束整形解决方案探索发现，它能够有效提升制造效率、保障制造质量，同时对于难打印材料工艺开发也大有帮助。
➡️ 光斑能量调控是难点
以不同光斑打印不同区域，可以实现打印质量与效率的双重保障。
高斯光斑适合打印零件的外轮廓和内壁，保证零件的制造精度和表面质量。
环形光斑也被称为逆高斯光束，它的中心能量较低但边缘较高，呈现出环形轮廓，这也使它在打印过程中的飞溅物大幅减少。但环形光本身的穿透力较弱，单独使用又容易引发缺陷。笔者注意到，中航迈特可实现点环功率比的灵活调节，从而实现理想的熔化效果与致密度。
点环光斑实质上是上述两种光斑的复合，且光斑能量分布可动态调整，这也是光束整形技术能否用得好的难点。在不同的结构特征处，使用同一能量分布状态的光斑，还是针对性的，对悬垂、薄壁、上表面、下表面等位置智能识别与调控能量状态，使之达到“最”理想的状态，将会有很大区别。
因此，光束整形是否真的用得好，对能量的调控并不简单。
中航迈特指出，其MT280设备可根据不同打印区域自动匹配最佳光斑模式，光斑形态可编程控制，0–100%功率密度比无级调节，能量分配更加精准。
MT280无极变束方案打印过程
新升级的MT280光束整形金属3D打印机，具备高效率与高精度兼顾的打印能力。实验发现，这种光束协同作用，能够有效抑制飞溅超过约40%，大幅降低熔池振荡与改善熔池稳定性，减少孔隙、飞溅附着等缺陷产生，能够显著提升成型一致性与零件质量。此外，相比传统高斯光，整体生产效率可提升约30%。
高斯光束、环形光束、贝塞尔光束熔化过程组织形貌仿真
➡️ 典型材料验证
中航迈特采用该设备开展了多轮次材料及零件验证，涉及镍基高温合金以及钛合金等。其中，MTIN939镍基高温合金的粉末飞溅率大幅降低，打印效率提升超过50%，打印试块成形致密度超过99.95%，力学性能也得到提升；以高斯光轮廓+点环光填充”的双光斑打印了Ti6Al4V钛合金叶轮，零件致密度超过99.8%，表面质量优异。
中航迈特设备研发团队还进行了系列粉末成型的批量化验证，如：采用MT-18Ni300模具钢打印冷却模具、MT-CuCrZr铜合金打印电子/散热结构等，在尺寸精度、表面质量及成形致密度等方面均表现出优异的工艺性能。
➡️ 难打印材料工艺开发更灵活
笔者注意到，中航迈特还采用光束整形技术开展了对易开裂、工艺窗口窄的K438镍基高温合金新打印工艺开发。
中航迈特首先优化了K438的成分设计与制粉工艺，使其更适合用于激光打印。同时，采用167μm光斑直径的环形光束替代70μm直径的高斯光束。系统对比发现，环形光束具有更宽的工艺窗口，且打印过程飞溅显著减少，孔隙、裂纹密度明显降低，材料性能也得到了提高。
该验证体现出光束整形技术在难打印材料开发方面具有重要潜力，同时也体现出中航迈特对该技术的研发与经验积累进一步增强。
实际上光束整形并不是一项新技术，它在传统激光加工行业已经有广泛的使用，已经有成熟的解决方案。光束整形的核心目标就是解决传统高斯光束“中心能量高、边缘能量低”的能量不均匀问题。主要手段是通过光学衍射元件、透镜组或光纤模式控制等光学手段，认为改变激光能量分布状态。
因此，传统行业的解决方案可以针对金属3D打印进行优化后进行使用。这应当是国内光束整形金属3D打印发展如此迅速的重要原因，我国也正在走出一条具有典型特色的道路。
注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印
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