金屬銅及其合金因其優(yōu)異的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和延展性，被廣泛應(yīng)用于電氣、機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域，是全球消耗量第三大的工業(yè)金屬。然而，銅的高反射率特性使其在傳統(tǒng)激光3D打印中面臨巨大挑戰(zhàn)。銅對波長在900-1100nm的紅外激光吸收率極低，僅為5%左右，導(dǎo)致95%的激光能量被反射，能量利用率低下，打印過程中易出現(xiàn)未熔合、氣孔裂紋等缺陷，嚴(yán)重限制了銅部件增材制造的發(fā)展。盡管激光送絲增材技術(shù)具備高沉積速率和大規(guī)模打印能力，但在高反射金屬打印領(lǐng)域，尤其是大尺寸銅部件制造上，國內(nèi)技術(shù)仍處于空白狀態(tài)，亟需突破性解決方案。

近日，航天科工激光院與融速科技聯(lián)合宣布，成功研發(fā)出“藍(lán)光多激光同軸送絲增材技術(shù)（VEAM—Blue Laser）”，并開發(fā)出高功率藍(lán)光陣列激光器，突破了國內(nèi)激光送絲增材技術(shù)在高反射金屬打印領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了銅部件增材制造的突破性進(jìn)展。這一成果由航天科工激光院“精密光機(jī)激光加工湖北省國防科技創(chuàng)新中心”與其戰(zhàn)略合作企業(yè)融速科技共同完成，標(biāo)志著我國在高反射金屬增材制造領(lǐng)域邁入國際領(lǐng)先行列。

研究背景

航天科工激光院（全稱：武漢光谷航天三江激光產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司），隸屬于航天科工九院，是國家級高新技術(shù)企業(yè)和國家專精特新“小巨人”企業(yè)，湖北省軍民融合激光產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首屆理事長單位。2024年12月，航天科工激光院獲批成立“精密光機(jī)激光加工湖北省國防科技創(chuàng)新中心”，由首席科學(xué)家武春風(fēng)研究員領(lǐng)銜，組建了以四名國家級創(chuàng)新人才為核心的高水平研發(fā)團(tuán)隊(duì)，致力于智能激光裝備和精密加工技術(shù)的開發(fā)，以及先進(jìn)光源在軍民融合領(lǐng)域的應(yīng)用。

航天科工激光院與融速科技聯(lián)合開發(fā)的“藍(lán)光多激光同軸送絲增材技術(shù)（VEAM—Blue Laser）成功解決了上述難題。基于融速科技自主研發(fā)的VEAM多激光同軸送絲增材技術(shù)，結(jié)合航天科工激光院在光電系統(tǒng)工程領(lǐng)域的深厚積累，創(chuàng)新性地引入了藍(lán)光激光器，并結(jié)合六激光同軸送絲技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了銅等高反射金屬的高效、高質(zhì)量打印。

技術(shù)亮點(diǎn)

·藍(lán)光激光吸收率高，突破高反射金屬打印瓶頸

藍(lán)光激光波長為400-500nm，銅對450nm波長的藍(lán)光激光吸收率超過60%，是紅外激光吸收率的10倍以上。這一特性顯著提升了能量利用效率，改善了打印質(zhì)量。同時，藍(lán)光激光還適用于鋁（Al）、金（Au）、銀（Ag）等其他高反射金屬的打印。

·加工精度高，零件性能優(yōu)異

藍(lán)光激光光斑小、能量密度高，適合打印微細(xì)結(jié)構(gòu)或復(fù)雜零件。同時，藍(lán)光能量集中于加工區(qū)域，熱影響區(qū)更小，減少了材料受熱范圍，有助于減少微裂紋和孔隙，提高打印零件的機(jī)械性能。

·藍(lán)光陣列激光器與VEAM技術(shù)深度融合

此次合作創(chuàng)新性地采用了六個單獨(dú)可控的高功率藍(lán)光陣列激光器，結(jié)合六激光同軸送絲技術(shù)，充分發(fā)揮了藍(lán)光激光器的高吸收率、高加工精度和高能量轉(zhuǎn)化率優(yōu)勢，以及VEAM技術(shù)的高成形精度、能量分布均勻穩(wěn)定、高材料利用率和高沉積速率特點(diǎn)。這一融合使藍(lán)光激光器在銅部件增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了重大飛躍。

應(yīng)用前景

藍(lán)光陣列激光器兼具藍(lán)光激光器與VEAM技術(shù)的優(yōu)勢，不僅保證了銅部件的整體性能和可靠性，還進(jìn)一步提高了零件的力學(xué)性能，如強(qiáng)度、硬度和韌性等。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于火箭發(fā)動機(jī)零部件、高效熱交換器、微型冷板等高性能銅部件的制造，滿足航空航天、電動汽車和高端計(jì)算等行業(yè)對高性能、輕量化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)銅部件的需求。

首席科學(xué)家武春風(fēng)表示：“作為央民企科技領(lǐng)域合作創(chuàng)新的代表，航天三江激光已圍繞國家重大戰(zhàn)略需求實(shí)現(xiàn)了以激光光源為核心的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，結(jié)合融速科技多激光同軸送絲增材技術(shù)，成功解決了高功率藍(lán)光激光器陣列化集成的技術(shù)難題，填補(bǔ)了國內(nèi)藍(lán)光陣列激光工程化應(yīng)用的空白，為高端裝備自主創(chuàng)新注入了新動能”。聯(lián)合創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研發(fā)人員認(rèn)為：藍(lán)光激光的成功研發(fā)，不僅突破了銅部件增材制造的技術(shù)瓶頸，還為其他高反射金屬的打印提供了全新解決方案。航天科工激光院與融速科技將面向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，進(jìn)一步探索激光在更多難加工材料制造中的潛力，實(shí)現(xiàn)激光加工在“提質(zhì)降本增效”方面的高質(zhì)量發(fā)展，助力我國高端制造業(yè)升級。

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