激光三维打印的应用

数字技术的进步使激光三维打印(LAM)成为工业生产的革命性技术。

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LAM也称为3D打印，是通过将材料精确分层到数字设计所描绘的形状来构建对象的过程。这些层可以是液体、金属、水泥或粉末塑料的形式。将每一层都融合在一起，形成一个 3D 对象。

激光三维打印制程

LAM采用激光技术，通过熔化粉末床使材料硬化。

激光技术的快速发展为基于LAM的产品设计和创造带来了新的可能性。

激光增材制造的工艺分为三类，分别是：

·选择性激光烧结

·立体光刻

·选择性激光熔化（SLM）。

大功率二氧化碳激光器被用于SLS三维打印方法中，以将细粉状材料熔合或粘合到固体物体中。在此过程中，打印机在仔细烧结该层之前会涂上均匀的粉末层。重复此过程，直到生产出所需的物体。

在三维打印中最广泛使用的工艺是 SLA，也称为 SLA 3D 打印。它使用高能紫外激光，通过硬化保存在储存器中的液体树脂来构建所需的3D 形状。这项技术将光敏液体转化为3D 固体塑料。

SLM使用光纤激光器来构建3D结构。该产品是通过在激光束的帮助下选择性地熔化一系列粉末层而产生的。当暴露于辐射中时，粉末材料会升温并熔化，如果使用足够的功率，则形成液体池。一旦熔池冷却并凝固，最终的结构就会开始成形。

用于激光三维打印的激光扫描仪

激光束扫描仪用于引导激光束根据三维模型指定的蓝图快速穿过目标区域。

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上述三种LAM工艺中的每一种都使用激光扫描仪。激光扫描仪必须适应不同的激光功率和光束尺寸，具体取决于系统要求。激光扫描系统及其集成的复杂性取决于成品的物理尺寸、构建速率和最小特征尺寸。

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换为一系列控制命令来移动激光器。

激光束转向所必需的扫描仪和控制器的选择直接影响结构结构性能。例如，零件的几何精度取决于扫描仪将激光束定向到构建平面的预期点的精确程度。

传送到样品的激光束必须均匀且功率波动小。这确保了最终产品在其内部结构均匀，并且质量很高。

激光三维打印的应用

LAM已成功改变了许多行业。例如，三十多年来，3D植入物结构和原型部件都是使用SLA创建的。个性化植入物的创建受益于使用设计清晰的3D模型。

SLS技术生产的原型组件经常用于运输、战斗、电子和电气系统的设计。SLS工艺可以快速生产出更重要的3D零件，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质结构。这些特性使SLM具有适应性和经济性。医疗、汽车和航空航天行业从SLM技术中受益匪浅。

激光三维打印的最新发展及未来展望

通过先进的研究工作，LAM 中使用的元件和材料不断发展。

许多学术和工业组织正在追求创新的技术创新以改善LAM。例如，德国一个政府资助的项目正在开发使用钛的牙科植入物。

高强度和耐腐蚀性是钛合金的两个特点。由于其优异的生物相容性，钛已被用于许多医疗应用中，包括整形外科手术和假肢。

开发新的基于LAM的种植牙有望为佩戴者提供舒适的贴合度和长期功能。

LAM的另一个创新应用是在航天工业中。自2014年以来，SpaceX等私营企业一直使用LAM为其火箭生产零件。许多用于检查行星表面的机器人车辆部件也是使用LAM制造的。

许多机构正在采取措施在空间的微重力环境中使用LAM。一些研究小组也在研究使用LAM技术在月球上打印生命结构的前景。这些举措旨在创建大规模的LAM建筑方法，以使用松散的岩石，泥土和月球风化层在月球表面建造住宅。

LAM令人兴奋的新发展正在改变工业生产。许多具有前所未有的特征的独特几何形状可以扩展科学探索的边界。

参考文献和延伸阅读

·Optics.org. (2022) LZH develops customized dental implants in a new DFG research group. [Online] Optics.org. Available at: https://optics.org/news/13/8/20

·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