3D打印技術(shù)參考提到采用激光能量沉積鋁合金多有不便，這是因?yàn)殇X合金高導(dǎo)熱、高反射且易氧化，還有一個(gè)重要原因在于當(dāng)前使用的主要光源為紅外激光（1064nm波段）。近日，上海交大的人員發(fā)表了一篇名為《Blue laser directed energy deposition of aluminum with synchronously enhanced efficiency and quality》的文章，意味著該校正在開展使用藍(lán)色激光3D打印鋁合金的研究。
當(dāng)前激光沉積技術(shù)所使用的紅外激光在沉積鋼、鎳、鈦合金等材料時(shí)具有較高的效率，但對于鋁、銅的沉積則面臨成形性差和強(qiáng)度低的挑戰(zhàn)。除了眾所周知的高反射特性，熔池中晶粒的特性也受到溫度梯度和凝固生長速率的影響。具有高斯分布的紅外激光下的高溫梯度會導(dǎo)致柱狀晶粒生長，這對組件的性能不利。此外，由于在低激光功率下有限的熔和及高激光功率下熔池的劇烈波動，低能量轉(zhuǎn)換效率會導(dǎo)致孔隙的形成，從而降低鋁等高反射金屬的可成形性。
對于高反射金屬的3D打印，一方面可以通過添加光熱吸收成分，還可以尋找更合適的光源，而后者在近年來不斷受到關(guān)注。事實(shí)上，2022年美國3D打印機(jī)制造商Essentium與工業(yè)激光器專家NUBURU宣布正在開發(fā)一種基于藍(lán)色激光的新型金屬3D打印機(jī)，其采用送絲形式，實(shí)現(xiàn)定向能量沉積3D打印。
作為一種新型激光源，藍(lán)色激光結(jié)構(gòu)緊湊且使用壽命長。對于傳統(tǒng)的高反射率金屬，藍(lán)色激光的吸收率高于紅外區(qū)域的吸收率。2017年，大阪大學(xué)研究人員開發(fā)了一種250W高功率藍(lán)色激光器（445nm），并顯著提高了激光在鋼焊接中的吸收率；2020年，華威大學(xué)研究人員使用NUBURU生產(chǎn)的500W二極管藍(lán)色激光器焊接AISI和316L不銹鋼，發(fā)現(xiàn)藍(lán)色激光焊接可以減少焊接區(qū)域的不連續(xù)性，并具有優(yōu)異的機(jī)械性能。除此之外，還有研究人員開發(fā)了高功率藍(lán)色激光用于銅焊接的研究。
鋁合金和復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于工業(yè)，迫切需要通過定向能量沉積工藝制造的高質(zhì)量零件。上海交大的研究人員首先應(yīng)用納米TiB2包覆AlSi2Mg形成復(fù)合材料，然后采用10kW的大功率藍(lán)光沉積設(shè)備用于實(shí)驗(yàn)。
結(jié)果表明，藍(lán)色激光在AlSi10Mg/TiB2復(fù)合材料的可打印性方面紅外激光器。
美國在推動采用藍(lán)光金屬3D打印方面實(shí)際上動作不斷，除上述提到的開發(fā)激光沉積裝備之外，美國空軍在2022年通過“小企業(yè)創(chuàng)新研究”（SBIR）計(jì)劃授予了NUBURU第二階段合同，用來開發(fā)基于藍(lán)色激光的區(qū)域3D打印技術(shù)。
美國空軍希望NUBURU能夠開發(fā)出一種新的基于藍(lán)光技術(shù)、能獲得高金屬密度、微米級分辨率、零后處理，同時(shí)將構(gòu)建速度提升100倍的新金屬3D打印解決方案。
總的來說，藍(lán)色激光對金屬3D打印具有特殊的意義，但受限于激光技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)在該領(lǐng)域還未有太多報(bào)道。同時(shí)，基于藍(lán)光的金屬3D打印，也成為了技術(shù)細(xì)分發(fā)展的重要方向之一，它將特別適合于一些特殊產(chǎn)品的制造。
