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激光增材制造的应用

发布时间：2026-03-11 16:58:55 阅读数： 568

数字技术的进步使激光增材制造（LAM）成为工业生产的革命性技术。

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LAM（也称为3D打印）是一种通过逐层堆叠材料来构建物体的过程，其形状由数字设计图精确定义。这些材料可以是液体、金属、水泥或粉末状塑料。每一层都熔合在一起，最终形成一个三维物体。

激光增材制造工艺

LAM采用激光技术，通过熔化粉末床中的材料来使其硬化。

激光技术的快速发展为基于激光增材制造（LAM）的产品设计和制造带来了新的可能性。

激光增材制造工艺可分为三类，分别是：

· 选择性激光烧结（SLS）

· 立体光刻（SLA）

· 选择性激光熔化（SLM）。

在选择性激光烧结（SLS）增材制造方法中，高功率二氧化碳激光器用于将细粉末材料熔合或结合成固体物体。该工艺中，打印机先均匀地铺上一层粉末，然后小心地烧结该层。重复此过程直至制成所需物品。

增材制造中最广泛应用的工艺之一是立体光刻（SLA），也称为立体光刻3D打印。其工作原理是利用高能紫外激光照射储存在储液槽中的液态树脂，使其固化，从而构建所需的3D形状。这项技术将光敏液体转化为3D固体塑料。

选择性激光熔化（SLM）技术利用光纤激光器构建三维结构。其原理是利用激光束选择性地熔化一系列粉末层。当粉末材料暴露于激光辐射下时，如果功率足够，就会被加热熔化并形成液态熔池。待熔池冷却凝固后，最终结构便开始成型。

激光束扫描仪用于根据 3D 模型指定的蓝图，快速引导激光束扫过目标区域。

上述三种激光增材制造工艺均使用激光扫描仪。根据系统要求，激光扫描仪必须能够适应不同的激光功率和光束尺寸。激光扫描系统的复杂性及其集成程度取决于成品的物理尺寸、成型速度和最小特征尺寸。

为了协调激光束扫描器的运动与激光触发，软件命令将设计协议转换为一系列控制命令来移动激光器。

激光束导向所需的扫描仪和控制器的选择直接影响结构制造性能。例如，零件的几何精度取决于扫描仪将激光束精确地导向构建平面目标点的程度。

照射到样品上的激光束必须均匀，功率波动要尽可能小。这可以确保最终产品内部成分均匀，质量上乘。

LAM技术已成功变革了众多行业。例如，三十多年来，SLA技术已被用于制造3D植入物结构和原型零件。清晰设计的3D模型也极大地促进了个性化植入物的制造。

采用选择性激光烧结（SLS）技术制造的原型部件广泛应用于交通运输、作战、电子电气系统的设计中。SLS工艺能够快速制造尺寸更大的三维零件，这对商业企业来说极具吸引力。

近年来，选择性激光熔化（SLM）技术因其能够制造复杂几何形状和轻量化结构而日益普及。这些特性使得SLM技术具有良好的适应性和经济性。医疗、汽车和航空航天等行业已从SLM技术中获益匪浅。

LAM 中使用的组件和材料通过先进的研究工作不断发展演进。

许多学术机构和工业组织都在致力于通过创新技术来改进激光辅助制造（LAM）。例如，德国一个政府资助的项目正在开发使用钛金属的牙科植入体。

钛合金具有高强度和耐腐蚀性两大特点。由于其优异的生物相容性，钛已被广泛应用于众多医疗领域，包括骨科手术和假肢制造。

新型基于LAM技术的牙科种植体有望为佩戴者提供舒适的佩戴体验和长期的功能性。

LAM的另一项创新应用是在航天领域。自2014年以来，SpaceX等私营企业已开始使用LAM生产火箭部件。许多用于探测行星表面的机器人车辆部件也是采用LAM技术制造的。

目前，人们正积极探索在太空微重力环境下应用激光辅助制造（LAM）技术。一些研究团队也在研究利用LAM技术在月球上打印生命体结构的可行性。这些项目旨在开发大规模的LAM建造方法，利用松散的岩石、泥土和月壤在月球表面建造住所。

激光增材制造（LAM）领域令人振奋的新进展正在改变工业生产。许多具有前所未有的独特几何形状能够拓展科学探索的边界。