激光增材制造的应用

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。

也被称为3D打印，LAM是通过将材料精确分层到数字设计所划定的形状来建造物体的过程。这些层可以是液体、金属、水泥或粉末状塑料的形式。每一层都被熔化以形成一个三维物体。

激光增材制造工艺
激光增材制造采用激光技术，通过熔化粉末床中的材料使其硬化。

激光创新的快速增长为基于LAM的产品设计和创造提供了新的可能性。

激光增材制造的工艺可分为三类。它们是

选择性激光烧结（SLS）
立体光刻技术（SLA）
选择性激光熔化（SLM）。
在增材制造的SLS方法中，高功率的二氧化碳激光器被用来将细小的粉末状材料融合或结合成固体物体。在这个过程中，打印机在仔细烧结该层粉末之前，会涂上一层均匀的粉末。这个过程不断重复，直到生产出所需的物品。

增材制造中最广泛使用的工艺之一是SLA，也被称为SLA 3D打印。它的功能是采用高能量的紫外线激光器，通过硬化保存在水箱中的液体树脂来建立所需的三维形状。这种技术将光敏液体变成三维固体塑料。

SLM使用光纤激光器来构建3D结构。产品是在激光束的帮助下有选择地熔化一系列的粉末层而形成的。当暴露在辐射下时，如果使用足够的功率，粉末材料会加热和熔化，并形成一个液态池。一旦熔池冷却并凝固，最终的结构就开始成形了。

用于激光增材制造的激光扫描器

激光束扫描仪用于根据三维模型指定的蓝图，引导激光束快速穿过目标区域。

上述三种LAM工艺中的每一种都使用激光扫描仪。根据系统要求，激光扫描仪必须适应不同的激光功率和光束大小。激光扫描系统及其集成的复杂性是由成品的物理尺寸、构建速率和最小特征尺寸决定的。

为了协调激光束扫描仪与激光触发器的运动，软件命令将设计协议转化为控制命令序列，以移动激光。

对激光束转向至关重要的扫描仪和控制器的选择直接影响到结构施工性能。例如，一个零件的几何精度取决于扫描器如何精确地将激光束引导到构建平面的预定点。

送到样品上的激光束必须是均匀的，功率波动最小。这确保了最终产品的内部构成均匀，质量高。

激光增材制造的应用
激光增材制造已经成功地改变了许多行业。例如，三十年来，三维植入物结构和原型部件已经使用SLA创建。 个体化植入物的创建得益于使用设计清晰的3D模型。

由SLS技术生产的原型部件经常被用于运输、战斗、电子和电气系统的设计中。SLS工艺可以快速生产出更多重要的3D部件，这对商业企业来说是一个有吸引力的前景。

近年来，SLM越来越受欢迎，因为它可以生产复杂的几何形状和轻型结构。这些特性使SLM具有适应性和经济性。医疗、汽车和航空航天业已大大受益于SLM技术。

激光增材制造的当前创新和未来展望
通过先进的研究工作，LAM中使用的部件和材料不断发展。

许多学术和工业组织正在追求创新的技术革新，以改善LAM。例如，德国的一个政府资助的项目正在开发使用钛的牙科植入物。

高强度和抗腐蚀是钛合金的两个特点。由于其特殊的生物相容性，钛已被用于许多医疗应用，包括骨科手术和假肢。

新的基于LAM的牙科植入物开发预计将为佩戴者提供舒适的配合和长期的功能。

LAM的另一个创新应用是在太空行业。自2014年以来，像SpaceX这样的私营企业已经使用LAM来生产其火箭的部件。许多用于检查行星表面的机器人车辆部件也是用LAM制造的。

目前正在采取许多举措，在太空的微重力环境中采用LAM。一些研究小组也在研究使用LAM技术在月球上打印生活结构的前景。这些举措旨在创造大规模的LAM建筑方法，以利用松散的岩石、泥土和月球雷石在月球表面建造住宅。

LAM方面令人兴奋的新发展正在改变工业生产。许多具有空前特征的独特几何形状可以推动科学探索的边界。

参考资料

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AZoOptics.com. (2019) Advancing Alloys to Suit Laser Additive Manufacturing. [Online] AZoOptics.com. Available at:  https://www.azooptics.com/Article.aspx?ArticleID=1764

Sivarajah, I. (2022) Applications of 3D Printing in Space. [Online] AZoQuantum.com. Available at: https://www.azoquantum.com/Article.aspx?ArticleID=345