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3D打印用主流激光器的种类以及特点

3D打印机是一种集成度很高的现代设备,从激光、振镜到控制,打印机似乎笼罩着一层神秘面纱,而这其中的激光,更是妙不可言。激光犹如火把,是实现层层制造的能量源泉,也是最为精密的核心器件。

3D打印用主流激光器的种类包括紫外激光器光纤激光器以及CO2激光器YAG激光器也曾被使用,3D打印机会根据成型材料的不同匹配不同的激光器。然而激光器制造作为一个独立的产业,其不断的发展使它们与3D打印工艺的匹配也发生了很大变化。

光固化用紫外激光器有很多类型,如早期的氦镉激光器(波长325nm,功率15-50mw)或氩离子激光器(波长351-365nm,功率100-500mw),这些激光器曾应用在初期的SLA设备上,激光束光斑大小为0.05-3mm。目前光固化普遍使用固体紫外激光器,输出波长可以稳定为355nm,输出功率接近800mw且可调,寿命明显增长,只需要更换激光二极管就可继续使用。

激光烧结技术采用的是二氧化碳激光器,输出波长为10.6μm,功率可从几瓦到几万瓦,光束质量极高,常被用来加工非金属材料(对该波长具有很高的吸收率)。在激光烧结技术中,CO2激光器的功率选择几十瓦即可,光斑直径在0.4-0.5mm左右,可用来烧结尼龙、覆膜砂、陶瓷以及PS粉末等非金属材料。此外,早期的LOM也是采用CO2激光器进行轮廓切割。

金属打印用激光器经历了几个发展阶段,主要有CO2激光器、YAG激光器以及光纤激光器。CO2激光器的本身输出波长很长,金属材料的吸收率较低,因此早期金属打印用的CO2激光器功率动辄几千瓦。YAG激光器能够输出1.06μm的波长,与金属的偶合效率高、加工性能良好,一台800W YAG激光器的有效功率相当于3KW CO2激光功率。后来随着光纤激光逐步被推向商业市场,YAG激光的弊端便不断显现出来,采用更加集成、电光转换率更高、性能更稳定的光纤激光便成为金属打印发展的一大趋势。

目前,虽仍有较少YAG激光器用于金属打印,但绝对多数已被光纤激光占据市场。SLM用光纤激光输出波长通常为1.07μm,峰值功率有200w、400w、500w、1000w等几个级别,扫描光斑一般为80-150μm以内。

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