3D打印核心部件努力实现国产化，大族激光谈SLM增材制造技术

2020年8月底，美国开始计划对激光器等高技术实施出口管制。而高性能的激光器、振镜等部件，不少中国工业级3D打印厂商都依赖进口。

在铂力特的2020年上半年财报中，铂力特明确提示了该项风险：

“我国工业级增材制造装备核心器件严重依赖进口的问题依然较为突出。增材制造装备核心器件，如高光束质量激光器及光束整形系统、高品质电子枪及高速扫描系统、大功率激光扫描振镜、动态聚焦镜等精密光学器件、阵列式高精度喷嘴/喷头等严重依赖进口，公司进口核心元器件主要为激光器及扫描振镜。公司设备的部分核心器件对国外品牌存在一定的依赖性。若上述核心器件受出口国贸易禁用、管制等因素影响，导致公司无法按需及时采购，将对公司的生产经营产生不利影响。”

那么，中国有没有国产的激光器、振镜可以替代进口呢？

2020年8月20日-21日，中国增材制造产业发展芜湖（繁昌）高峰论坛暨2020年中国增材制造产业年会在安徽芜湖市举行，此次年会由工业和信息化部装备工业发展中心、安徽省经济和信息化厅、芜湖市人民政府指导，中国增材制造产业联盟主办，繁昌县人民政府协办，南极熊作为支持媒体对本次会议进行了直播。

在“中国增材制造产业发展芜湖（繁昌）高峰论坛”上，大族激光3D激光加工产品中心副总经理刘旭飞发表主题演讲，题目是《SLM增材制造技术的应用》，以下是本场演讲的现场速记，经大会组委会授权发布。

△视频：刘旭飞《SLM增材制造技术的应用与发展》

刘旭飞：各位领导、各位专家，下午好。下面我对大族激光在SLM增材制造技术的应用做一个简单的介绍。

大族激光智能装备集团主要从事中高功率的激光切割、焊接、3D打印、激光清洗、自动化生产线，以及激光器、数控系统、功能部件等激光智能装备以及核心器件的研发、制造、销售与服务。

大族激光智能装备集团是大族激光科技产业集团下面的一个子集团，一共有19个子公司以及产品线，2019年智能装备集团的产值是20个亿，在整个大族激光产业集团里占了五分之一。大族激光智能装备集团在深圳宝安，下属有大族智控、大族智软、大族超能、大族塞特维、大族汉狮等11个子公司，还有平面切割、三维切割、切管、3D打印、激光焊接、激光清洗等一些产品线。

我们3D打印产品线主要针对于3D打印设备的研发，包括M100、M260、M400、M600的设备。像M100的设备，一般针对齿科这个行业，M160主要针对义齿支架，可选配单双振镜，M260针对模具、航空航天、科研等行业，也可选配单双振镜。

M400的设备是400*400*400，可选单双四振镜。还有我们目前最大的一款设备正在研发设备，是M600的设备，因为目前确实越来越多要求大尺寸、高效率，所以在实现设备高效率加工方面，我们也想了很多的办法，如采用8振镜的方式。

大族激光智能装备集团从激光器、机床、自动化生产线、功能部件、数控系统等都是我们的核心技术，而且还建立了国内比较领先的激光智造联合实验室，以及激光技术应用研究中心，包含激光切割工艺、焊接工艺，激光熔覆、清洗、3D打印工艺的研究等等。我们目前是国家首批的智能制造试点示范单位，国家激光行业国家标准制订单位，也得到了一些国家荣誉，去年荣获了国家科学进步二等奖。

接下来我讲一下3D打印设备国产化这一块我们所做的工作，目前我们SLM设备主要的一些部件比如说激光器、振镜、软件这些是主要的组成部分，这些我们都是自主研发，比如说激光器可以生产从300瓦到15000瓦，目前激光器一年可出货2000台左右，而且300瓦和500瓦的激光器也应用于我们的3D打印设备上。

我们大族有个子公司叫大族思特，专门是开发扫描振镜，我们的打标机做了20几年，打标机所用的振镜都是我们自主研发的，所以扫描振镜我们积累了20年的开发经验，起码在国内我们的技术是领先的，在3D打印行业也有很多应用。还有我们的软件，也是自主开发的，包括人机控制界面、路径规划软件等。

我们还有一些子公司做电机、冷水机等其他辅助的设备开发，刚才说了在我们3D打印设备采用了自己的300瓦和500瓦激光器，一般是用单模15微米，光束质量在1.1之内，我们的激光器完全是对标于国外，特别是激光器功率稳定性可控制在±1%，在国际上都是领先的。

扫描振镜上的电机、编码器也是我们自主开发，通过我们对3D打印光束系统的设计，以及动态调焦的设计，最后对振镜的集成，目前我们在3D打印行业里面国内出货一千套以上，虽然说和国外的有点差距，但我们一直往这个方向努力，因为确实像激光器、振镜是卡脖子的部件，我们做3D打印设备不能说所有的东西从国外购买，万一以后不卖我们了，就完全被卡死了，所以我们一直在做这些功能部件完全国产化。

还有我们大族激光对于SLM一些关键技术方面所做的工作。大家都知道3D打印气流的稳定性是非常关键的，吹气结构做的不好，打印飞溅就会落在零件上面，那零件致密度就不行，会影响零件质量、寿命。我们对气流都要进行均匀性计算，合理分配每个间隔的具体流量，并采用CFB流场仿真优化设计得到我们最优的效果，从而来保证我们3D打印过程中气流稳定性，来提高打印质量，我们也有一个CAE分析团队，专门对光、机、电、热进行CAE优化分析。

还有常规的一些材料工艺开发，包括铁基、镍基合金、钛合金、高温合金、铝合金、铜合金等常规材料的工艺摸索，对这些材料的拉伸强度、屈服强度、延伸率等性能也积累了很多工艺技术。

我们目前常用的3D打印光斑一般是在50微米、75微米左右，所以我们也对极细光斑的技术做了一些研发，比如20微米左右的光斑，对于极细光斑的工艺成型，我们发现3D打印飞溅更少，零件的致密度更高，而且能够打印更精细的结构，提高我们最终零件的致密度。比如说我们打印了0.08mm厚度的薄壁结构。我们还对平顶光3D打印做了一些探索，我们现在用的激光器高斯光，我们通过光路整形技术把高斯光变成平顶光，研究平顶光与高斯光之间不同的光学分布对我们3D打印零件性能的影响。

我们对于3D打印检测也做了前期的研究，比如打印前、打印中打印后，打印前我们采用CCD做铺粉检测，识别粉床上的铺粉效果，通过机器代替人眼进行铺粉质量的检测，铺粉质量不行的话我们可以快速的识别，来调整我们的3D打印工艺，提高打印质量。

我们还对3D打印的孔隙、裂纹、球化现象，做了初步的研究，利用我们深度学习的算法，识别打印过程中的缺陷，怎么样提高我们的3D打印质量。还有对熔池监控，比如打印过程中熔池产生的等离子体，他的强度和熔池数据，根据熔池数据可以发现打印的异常变化，来改善我们的3D打印质量。

这些就是我们大族激光对SLM增材制造技术所做的一些工作，谢谢大家。

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