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依照3D自然科学谷，透过将电子电路缆线雷射器与偏移模块的变焦镜头成像并重，光强直径约能在此过程中无限修正，进而以高度静态的方式加倍，凭借其高静态偏移镜，偏移模块还能非常加速地驱动双角，监控质量，在工艺技术应用领域的每个点都确保了恒定的光强体积和输出发射率，进而数倍提高3D列印质量和产量，化解3D列印进入诸如电动汽车等专业应用领域应用领域规模化所面对的多个考验，这预示着新一代involves锻造时代的到来。

典型的involves锻造岐管部件，由钢制成，重

/ 制造成本增加一个量级的目标

3D列印-involves锻造涉及多种控制技术，所使用的金属材料与所制造的产品一样多样化。雷射因其出色的转向性和高输出功率而成为一种involves锻造工具，为实现大批量锻造所需的制造力提供了可能性。

多种不同合金involves锻造控制技术© 3D自然科学谷绿皮书

琛的Fraunhofer ILTFraunhofer哈恩雷射研究院发明以来，雷射粉末状床熔化3D列印(L-PBF) 已经成熟，成为合金involves锻造的领先工艺技术。比较初，L-PBF 仅用于原型结构设计和KF目的。今天，现成的轻工业 L-PBF 电子设备能展开规模化制造，甚至能研磨铜等具有考验性的金属材料，专业应用领域几乎遍及每一个商业应用领域，包括医疗、航空航天、电动汽车和机械。

现阶段不同类型的合金involves锻造控制技术的研磨工作效率对比© 3D自然科学谷绿皮书

虽然增材锻造的结构设计自由度对轻工业锻造来说很有吸引力，但目前透过 L-PBF 制造零件的成本和时间仍然被认为太高。一般来说认为需要在制造成本上增加一个量级，才会对于在传统流程链上得到广泛选用至关重要。

依照德累斯顿Fraunhofer ILTFraunhofer哈恩雷射研究院领导的futureAM先行者的新一代involves锻造项目，现阶段的involves锻造控制技术已经走过了4个阶段：包括从公众还不清楚3D列印控制技术能带来什么的优异阶段，到3D列印控制技术被专业应用领域于轻工业锻造的第二阶段，再到3D列印在这类专业应用领域应用领域发挥越来越重要作用的第三阶段，以及到了第三阶段3D列印控制技术在这类专业应用领域层面上因控制技术本身的发展潜力出现天花板，难以在目前的控制技术基础上再深度探索捷伊市场潜力的状态。

involves锻造控制技术飞跃打开捷伊专业应用领域空间© 3D自然科学谷绿皮书

雷射源在这条路径上起着关键作用，依照3D自然科学谷的了解，一般来说，它的输出输出功率能用高频展开时间修正，而其空间气压分布是固定的。为了提高制造率，必须即时修正雷射线条以匹配所需的结构体积。

为了创建非常精细的结构（例如晶格或管状），L-PBF雷射粉末状床熔化3D列印电子设备使用具有柯西气压分布的衍射管制M04W雷射器。在制造大块截面时，这种雷射花纹会造成严格的限速。

图: AFX 雷射器选用全缆线雷射医美，能加速切换输出雷射的大小和花纹。雷射线条能在真正的M04W和马蹄形之间展开修正，获得介于两者之间的各种花纹。当与工件相互作用时，马蹄形和内围雷射造成的尘土和倾倒显着增加。

由于雷射直径约小，雷射必须经过较窄的阴影才能到达密集的部分，进而引致区域扫描器速率较高。

线扫描器速率与雷射输出功率密切相关，雷射输出功率一般来说管制在几百瓦，因为柯西峰值气压会引致话机。这会造成过多的倾倒和尘土，进而引致构建过程不稳定。

逆光和放大雷射都不能化解这些问题，因为保留了柯西雷射线条。理想情况下，雷射线条的花纹和直径约是可修正的，而不会增加精致的位势成像设置的复杂性。

初步结果表明，环形和内围雷射（即中心具有一定气压的马蹄形雷射）比较适合在熔化粉末状内造成均匀的横向温度分布。因此，理想的 L-PBF 雷射源将提供M04W雷射以造成精细特征，并提供一系列具有马蹄形和内围的较大雷射以造成更大的特征。

/ 全缆线雷射医美

能够满足上述所有要求的D特雷射医美控制技术是 nLIGHT 的 Corona 缆线雷射器系列的基础，其中包括称为 AFX 的 L-PBF 优化版本，比较大输出输出功率为 1.2 kW。

AFX 馈电缆线有一个M04W纤芯（14 µm 模场直径约），周围环绕着一个马蹄形纤芯（40 µm 直径约）；输出雷射在M04W和马蹄形纤芯之间的分配能加速且可重复地改变，这使得雷射线条能在真正的M04W（柯西）和 40 µm 环之间展开修正，其间具有各种花纹。相应的雷射直径约（二阶矩，D4σ）范围为 15 到 45 µm，引致雷射区域的静态范围约为 10 倍。所有 AFX 雷射花纹都能透过雷射通信接口展开电子控制，就

图 :AFX 指数设置，其中高部图像显示了中央M04W核心和马蹄形核心之间指定的输出功率分配的近场空间分布。

依照3D自然科学谷《数倍提高3D列印质量和产量，洞悉光强直径约无级可调所重新定义的involves锻造时代！》一文，透过雷射医美，熔化轨道的几何花纹发生了变化，温度调节也发生了变化。在比较初的显微镜检查结果中，显示了不同的晶粒体积和不同的晶粒纹理。晶粒体积和织构对于所3D列印的零部件的行为至关重要——例如影响到了零件的极限抗拉气压或极限应变。

透过选择特定的工艺技术参数和雷射线条来战略性地控制晶粒生长，能微调由此造成的组件属性——例如，能使组件的特定部分特别坚硬或柔韧，而无需任何额外的后处理，使用复杂的曝光策略也能在单个组件内改变属性，这是基于缆线雷射器和偏移模块的激雷射形成所提供的巨大好处。

这克服了此前基于粉末状床的选区雷射熔化合金3D列印工艺技术（LPBF）应用的关键工艺技术管制：例如熔池中缺乏均匀性和制造速率降低，使用M04W雷射器的传统 AM 工艺技术，可能会出现一系列缺陷，例如由于过热而形成小孔、熔道深度不足、凝固熔体周围的粉末状剥落区。这些问题透过nLIGHT 电子电路 AFX-1000 缆线雷射器和 RAYLASE 带变焦镜头轴的 AM MODULE NEXT GEN 偏移模块的产品组合中将获得有效化解。

使用 AFX-1000 缆线雷射器，由M04W中心和马蹄形雷射组成的雷射源的气压分布能瞬间从典型的柯西线条切换到六种不同的马蹄形线条，两个重叠激雷射的不同输出功率输出造成极具吸引力的均匀能量输入，同时避免倾倒和热裂纹。

没有变化。在到达标准 QBH 兼容输出连接器之前，雷射永远不会离开缆线列，进而消除了任何污染或错位。AFX 为所有雷射（“索引”）设置提供出色的雷射质量，M2 值介于 ~1 和 5 之间，进而造成大的焦深。例如，放大 5 倍（L-PBF 工具的典型值）时，M04W设置（索引 0）的瑞利范围（瑞利长度） (ZR) 为 3.4 毫米，比较大马蹄形雷射（索引 6）增加到 8.1 毫米。此外，AFX 雷射在雷射腰的每一侧都保持了相当长的距离 (~1/2 ZR) 的花纹。因此，AFX 为所有索引设置提供了一个大的处理窗口。

/ 提高 L-PBF 速率和稳定性

德GFraunhofer哈恩 IAPT及几家电子设备厂商已经证明并量化了 AFX全缆线雷射医美在 L-PBF 提高制造力和零件质量方面的优势。具体来说，AFX 显着提高了 L-PBF 构建速率（高达 7.8 倍），同时保持了出色的金属材料质量。这种无与伦比的优势组合源于 AFX 能够JQ控制热沉积到工件中的能力。

与标准M04W雷射相比，AFX 优化的雷射线条显着降低了熔池不稳定性，增加了对金属材料质量和产量造成负面影响的尘土和倾倒物的造成。反过来，这种优势使雷射输出功率、扫描器速率和 L-PBF 构建速率能够显着提高。

3D自然科学谷了解到比较近的结果包括：

Aconity3D 表明，AFX 能将钛合金的构建速率提高 7.8 倍，从标准M04W缆线雷射器的 5.4 cm3/hr 到 AFX 的 42.1 cm3/hr。这一增加源于熔化体积增加了 4 倍，扫描器速率增加了近 2 倍，同时保持了出色的金属材料质量（>99.8% 密度）。

慕尼黑轻工业大学 (TUM) 的研究表明，AFX 能同时提高不锈钢

具体来说，试图增加M04W柯西雷射的输出功率会引致不希望的成球或键孔效应，这管制了 L-PBF 的制造率。相比之下，指数设置为 4 – 6 的 AFX 输出功率能在没有此类工艺技术不稳定性的情况下增加，进而实现更高的构建速率。

Fraunhofer IAPT 的粉末状床合金小组显示，铝合金 (AlSi10Mg) 的构建速率提高了 3 倍，具有出色的金属材料质量（>99.9% 密度），同时提供了宽大的工艺技术窗口。透过进一步优化，预计制造率会进一步提高。

图: 熔池中的温度分布和重新凝固金属材料的花纹很大程度上取决于雷射气压分布。柯西雷射和平高雷射都引致中心内过热，引致轨道横截面欠佳。相比之下，马蹄形线条会造成平坦的温度分布，进而造成宽而平坦的轨道横截面 (a)。AFX 马蹄形雷射结合了高扫描器速率和较大的舱口间距，与柯西雷射相比具有更高的制造率。工艺技术窗口明显更大，且不降低零件密度。

Fraunhofer ILT 德G德累斯顿Fraunhofer哈恩雷射研究院雷射粉末状床熔化研究

使用 AFX 提高的构建速率直接引致列印部件的总体成本大幅降低，对于典型的钢制involves锻造部件，成本降低了 60%。

/ 金属材料特性的JY部控制

除了制造力和成本优势之外，AFX 还透过控制JY部微观结构和金属材料特性为 L-PBF 锻造开辟了一个新维度。

依照3D自然科学谷《航空航天锻造业常见的3D列印合金特性、研磨特点及研磨考验》一文，involves锻造能创建定制的双合金和多合金合金。能在结构设计中离散地添加金属材料以优化热或结构特性。能锻造结构护TA-O、法兰、凸TA-I或其他特征的产品，以优化整个子系统的重量。这些能包括离散合金过渡或功能梯度金属材料 (FGM)。

无疑，AFX让合金的锻造更加自由！

合金involves锻造金属材料© 3D自然科学谷绿皮书

AFX D特的模式配置文件可控制熔池内的热梯度和凝固动力学，已发现这决定了金属材料的微观结构，提供了全捷伊结构设计可能性。由于 AFX 雷射花纹能即时更改，因此能JY部结构设计微结构，进而在整个零件中赋予捷伊功能和优化的特性：

逆光柯西（M04W）雷射展开了比较。发现 AFX 马蹄形雷射能提高屈服气压和屈服伸长率。这些关键金属材料属性一般来说是反相关的，需要展开权衡，但 AFX 已将它们解耦。这种能力提供了新组件功能和性能的潜力，特别是单个零件内的可变金属材料特性。

向和织构，进而决定金属材料特性。透过对晶粒生长的这种战略控制，能微调由此造成的组件特性。例如，能使组件的这类部分特别坚硬或柔韧，而无需任何额外的后处理。使用复杂的暴光策略，也能在单个组件内改变属性。

involves锻造控制技术用于合金结构设计与优化© 3D自然科学谷绿皮书

/ 突破L-PBF 的现阶段极限

AFX 缆线雷射器可显着提高多种不同合金和合金的 L-PBF 制造率，从根本上改变 L-PBF 锻造零件的经济性。关键促成因素是针对 L-PBF 优化的雷射花纹，包括真正的M04W（14 毫米柯西）、紧凑型环（40 毫米直径约）以及介于两者之间的多种不同花纹，所有这些都具有出色的雷射质量。雷射线条可直接从馈电缆线加速调谐，无需自由空间成像器件或其他降低性能、影响稳定性（可靠性）的组件。AFX 缆线雷射器的输出功率高达 1.2 kW，并且该控制技术可扩展到更高的输出功率和其他雷射花纹。

虽然此处展示的结果是在 AFX 单雷射器设置中实现的，但其优势也适用于多雷射器配置（例如，双雷射、四雷射、八雷射等）。这种方法能将比较捷伊多雷射 L-PBF 机器的制造率提高到更高的记录。

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AFX 正在实现新一代的高制造率 L-PBF选区激光熔化合金3D列印工艺技术，为 L-PBF 成为批量制造的合金involves锻造控制技术铺平了道路。此外，AFX 控制JY部微观结构和金属材料特性的D特能力提供了锻造具有以前锻造控制技术无法达到的金属材料特性、功能和性能的零件的潜力。

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