通过光束整形进入下一个增材制造时代

2025 年 4 月 15 日 | 阅读时间：5 分钟

金属增材制造（AM）行业正步入一个新阶段--生产率和效率的提高不再受制于传统的高斯光束轮廓。相反，由nLIGHT AFX激光创新技术驱动的动态光束整形技术将打破障碍，重新定义可能。

对于使用 EOS 和 AMCM 金属解决方案的 AM 制造商而言，这一创新不仅是技术上的改进，更是一种竞争优势。光束成型提高了生产率，增强了工艺稳定性，并扩大了材料能力。但它是如何工作的？让我们一探究竟。

光束整形革命：不仅仅是更多激光器

长期以来，业界一直通过增加 AM 系统中激光器的数量来追求更高的生产率。这虽然提高了制造率，但也增加了运营成本和维护复杂性。但光束整形技术提供了另一种方法，它能在不增加拥有成本的情况下，提高激光器的效率并扩大工艺窗口。

在 EOS，我们正在利用由 nLIGHT AFX 激光器驱动的 EOS 金属解决方案来应对这一挑战，从而实现：

七种可切换的光束轮廓可提高产量，在不影响零件质量的情况下，最高可将构建速度提高 2 倍。
无与伦比的激光灵活性，光斑尺寸范围从约 85 微米的高斯轮廓到 250 微米的环形轮廓，可精确控制能量分布。

EOS 并不单纯依赖更多的激光器，而是将重点放在更智能地利用激光器上--更均匀地分配热量，以形成更稳定的熔池、减少飞溅并实现更好的材料加工性。这种适应性方法可确保制造商在提高生产率的同时保持一致性和质量，这是航空航天、国防和工业模具应用中的一个关键因素。

金属 AM 中光束整形的主要优势

在不牺牲质量的前提下提高生产率 研究证实，光束整形能显著提高生产率。对铬镍铁合金 718 的研究表明，与高斯光束相比，成型率提高了 23%，而 316L 不锈钢的加工速度则提高了两倍，原因是舱口距离更大，扫描速度更高。
提高工艺稳定性，减少飞溅： 粉末床熔融-激光束（PBF-LB）AM 最大的挑战之一是飞溅物的产生，它会污染粉末床并缩短过滤器的使用寿命。Fraunhofer IAPT 的一项研究发现，使用环形光束轮廓可将烟尘和飞溅物减少 75%，从而实现更清洁的构建并减少材料浪费。
加工难以焊接的材料： 通过束流整形，可以加工以前难以焊接的材料，包括镍基超级合金、工具钢、精选铝合金和难熔金属。这为航空航天、国防和工业模具等对材料性能要求较高的领域的新应用铺平了道路。
工件质量稳定，减少后处理工序： 通过稳定熔池，型钢塑形可最大限度地减少零件之间的差异，并实现更好的微观结构控制。慕尼黑工业大学对 316L 不锈钢进行的一项研究发现，环形梁轮廓显著扩大了工艺窗口，在保持高密度零件的同时实现了更大的灵活性。这也意味着减少了后加工步骤，直接降低了生产成本。
通过延长粉末和过滤器寿命实现成本效益： EOS 在对 IN718 的研究中发现，光束整形可减少高达 70% 的粉末损耗，减少 60% 的冷凝物形成，从而直接提高材料利用率并缩短维护周期。对于 EOS 客户来说，这意味着更低的耗材成本、更少的停机时间和更高效地使用高价值金属粉末，从而实现更快的投资回报。