球王会官方激光器、振镜等3D打印机核心元器件国产替代已在路上

　　南极熊导读：工业级3D打印（特别是金属）在中国发展得如火如荼，但是有没有一些“卡脖子”问题出现呢？

　　在当下的先进制造领域，3D打印技术因其惊人的创新性和应用潜力备受瞩目。该技术的颠覆性优势不仅使得制造业重新定义了新的可能性，更在诸多领域展现了巨大的应用潜力。随着 3D打印技术的应用不断成熟，可以实现更加高效率的加工，精度方面也有突破。打印效率对于3D 打印技术的产业化可谓重中之重，通过近年来打印设备激光器数量增加、激光扫描系统速率提升、激光器功率增大、最大成型尺寸提升、出粉方式的升级、工艺规划软件的升级等技术迭代进步，金属 3D 打印设备的生产效率得到了长足的提升。

　　适合3D打印用的国产激光器厂商包括：锐科激光、长飞光坊激光、杰普特激光、宝辰鑫（创鑫）激光、大族激光、公大激光、凯普林等

　　适合3D打印用的国产振镜厂商：大族思特、菲镭泰克、汉邦激光（自研自用）、正时精控、世纪桑尼、鞍山精准、赛浦森、智博泰克等

　　据南极熊统计，目前国产激光器和振镜应用比较多的领域包括齿科金属3D打印、鞋模/模具类金属3D打印等，它们的技术性指标要求相对较低，而且对成本极为敏感，国产元器件可以大幅降低成本，从而得到广泛应用。

　　在提升打印效率和精度方面，3D打印装备上的核心元器件，例如激光器和振镜等发挥着举足轻重的作用。激光器发光后，通过场镜或者动态聚焦镜高度聚焦能力，和振镜的精准控制，共同铸就了金属3D打印技术的精密性和效率性。因此，深入了解相关核心元器件的功能和优势，对于探索金属3D打印技术的本质至关重要。

　　△中国易加三维M1550金属3D打印机成型仓，打印尺寸可1550mm*1550mm*1000mm，16束激光正在同时扫描打印。使用的激光器和振镜都是进口

　　激光是受激辐射产生的光，因方向性强、能量密度高等特点而具有高加工精度及速度优势，激光加工对传统加工方式不断替代。从产业链环节来看激光产业已形成较为完备的产业链分布。此外，3D 打印、精密加工、激光焊接及激光清先等细分领域发展，进一步拉动了激光行业需求的增长。作为激光产业的核心部件，激光器是产生激光的核心单元，它在设备中价值占比较高。

　　目前，市面上用于3D打印的主流激光器的种类包括光纤激光器、固体激光器、半导体激光器、二氧化碳激光器，3D打印机会根据成型材料的不同匹配不同的激光器。然而激光器制造作为一个独立的产业，其不断的发展使它们与3D打印工艺的匹配也发生了很大变化。

　　光固化用紫外激光器有很多类型，如早期的氦镉激光器（波长325nm，功率15－50mw）或氩离子激光器（波长351－365nm，功率100－500mw），这些激光器曾应用在初期的SLA设备上，激光束光斑大小为0．05－3mm。目前光固化普遍使用固体紫外激光器，输出波长可以稳定为355nm，输出功率接近800mw且可调，寿命明显增长，只需要更换激光二极管就可继续使用。

　　激光烧结技术采用的是二氧化碳激光器，输出波长为10．6μm，功率可从几瓦到几万瓦，光束质量极高，常被用来加工非金属材料（对该波长具有很高的吸收率）。在激光烧结技术中，CO2激光器的功率选择几十瓦即可，光斑直径在0.4－0.5mm左右，可用来烧结尼龙、覆膜砂、陶瓷以及PS粉末等非金属材料。此外，早期的LOM也是采用CO2激光器进行轮廓切割。

　　金属打印用激光器经历了几个发展阶段，主要有CO2激光器、YAG激光器以及光纤激光器。CO2激光器的本身输出波长很长，金属材料的吸收率较低，因此早期金属打印用的CO2激光器功率动辄几千瓦。YAG激光器能够输出1.06μm的波长，与金属的偶合效率高、加工性能良好，一台800W YAG激光器的有效功率相当于3KW CO2激光功率。后来随着光纤激光逐步被推向商业市场，YAG激光的弊端便不断显现出来，采用更加集成、电光转换率更高、性能更稳定的光纤激光便成为金属打印发展的一大趋势。

　　目前，虽仍有较少YAG激光器用于金属打印，但绝对多数已被光纤激光占据市场。SLM用光纤激光输出波长通常为1.07μm，输出功率有300w、500w、1000w等几个级别，扫描光斑一般为80－150μm以内。

　　在2023年的12月中旬，为了进一步了解国内激光器产业及技术的发展现状，南极熊曾对国内激光器行业的领航者杰普特进行了专访《》。杰普特负责人向南极熊表示，目前的激光器市场竞争十分激烈。尤其对于金属3D打印机来讲，它对激光器的要求要比切割焊接一类的要高很多：输出的光束质量，M2需要小于1.1，现在杰普特针对3D打印行业批量出货激光器普遍做到1.06-1.09。市面常见的激光器长时间功率浮动大约在3%-5%；但3D打印一般都会需要长时间工作，功率浮动要求在2%甚至1%以内，特别是如果单台金属机搭载2台或者4台激光器，每台都有一定的误差的话，打印出来的效果就会很差，一致性要求非常高。对于激光器下一代的技术更新，杰普特也进行了布局：（1）AOB激光器：激光输出光斑为环形，内外环激光独立可控，输出光斑单模/多模可调。相较目前主流500瓦激光器的方案，可以让金属3D打印的填充效率提升数倍。（2）多台激光器和多套振镜使用一部来控制，实现1拖4或者更多，提高响应速度和控制精度的同时也可以降低“多头”联调的调节难度。

　　扫描振镜是一种用于激光加工领域的矢量扫描器件，具有小惯量、高速扫描、精准定位和闭环反馈控制等特点。它是由光学扫描头、电子驱动放大器和光学反射镜片组成，靠两个振镜反射激光，形成 XY 平面的运动，主要配套振镜控制系统使用，是一种专门用于激光加工领域的特殊的运动器件。它具有非常小的惯量，且在运动的过程中负载非常小，只有两个小的反射镜片，分别用不同的电机控制偏转，系统的响应非常快，具有高速扫描、精准定位和闭环反馈控制等特点。

　　在3D打印场景中，振镜的跳转速度和精度至关重要，特别是在创建轻量化结构和支撑结构时，需要频繁的跳转和高精度，以确保打印表面的光洁度和精度。另外，由于3D打印采用逐层扫描，工件的累计加工时间相比于新能源电池焊接更长，因此对振镜的稳定性和发热控制要求相对较高。南极熊3D打印网是中国3D打印行业专业平台，观察到随着3D打印市场需求量的不断增长，应用于该行业的振镜年复合增长率预计将超过30%。

　　从2000年到现在，振镜经历了多次的技术迭代，应用范围也在不断扩大。最初，国内应用主要集中在中低端市场，特别是打标行业。随着中国消费电子、半导体和光伏技术的崛起，具有更高速度和精度的高端振镜得到了更广泛的应用。

　　激光加工控制系统是激光先进制造的核心，由运动控制软件和卡组成，整合多领域技术。其中，振镜系统通过振镜电机实现激光束精准偏转，应用于微纳加工领域，具备高速度和精度。相较于伺服系统，振镜控制系统速度更高、精度更高，适用于小幅面微纳加工。激光加工控制系统是激光加工设备的核心数控大脑，通过融合计算机、激光与光学、运动控制与自动化、视觉追踪等多领域先进技术，配套激光器、高精密振镜等部件实现激光先进制造需求，属于激光先进制造相融合的新一代信息技术领域产业。

　　振镜控制系统是激光加工控制系统的一种，由振镜电机、激光反射镜片、控制驱动板组成。振镜控制系统将激光束入射到振镜，并通过计算机控制振镜的反射角度，从而实现激光束的偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦点在打标材料上按所需的要求运动，从而在材料表面上留下永久的标记。振镜电机是一种特殊的摆动电机，其设计思路沿袭电流表的设计方法，振镜电机只能进行偏转运动，偏转角与电流成正比。振镜电机带动可旋转的低惯性镜片进行激光束的定位，并采用位置传感器和负反馈回路设计，充分保证振镜系统具备高水平的扫描速度和重复定位精度。相比于伺服控制系统，振镜控制系统在速度方面最高运动速度可达到3,600米/分钟以上，而伺服控制系统的最高运动速度通常不超过120米/分钟。在精度方面，振镜控制系统的精度要求在0.5um-10um之间，而伺服控制系统的精度要求略低，一般在50um左右。振镜控制系统具有高精度、高速度的特点，主要应用于幅面较小的微纳加工领域。而伺服控制系统适配大面积宏加工，被广泛用于大幅面的切割、焊。