來源:南極熊3D打印|
發表時間:2024-06-28
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金屬3D打印作為整個3D打印體系中最為前沿和最有潛力的技術,除了在航空航天、汽車、國防等領域持續深入應用之外,在小米、三星、OPPO、華為、蘋果等廠商的帶動下,進一步打開消費應用市場,不再只是“陽春白雪”。另一方面,隨著國內廠商在產業鏈各環節的集中突破,特別是以杰普特為代表的激光器廠商持續發力,“國產化”已經成為3D打印產業的主基調。
全球3D打印市場進入高速增長期
根據增材制造研究公司(AMR,前身為SmarTech Analysis)發布的《2023年增材制造零部件生產:全球市場數據與預測》報告,預計到2032年,3D打印行業的規模將從2023年的188億美元(約合1346億人民幣)迅速擴大至1190億美元(約合8518億人民幣),這其中金屬零件3D打印應用明顯快速增長,且更加強調實際應用,而非僅限于原型設計或工具生產。
金屬打印技術的技術有很多,比較主流的有直接金屬激光燒結(DMLS)、選擇性激光熔化(SLM)、電子束熔化(EBM)激光工程凈成型(LENS)等,其中SLM打印性價比相對占優,具備高致密度、高強度、高精度、高利用率的優勢,同時成本相對EBM 和 LENS較低,技術發展成熟,是當前金屬 3D打印主流的解決方案。
金屬增材制造產業鏈主要分為三個環節:產業鏈上游市場的參與者為原材料、核心硬件和輔助運營商提供金屬粉材、絲材及配套軟件等。其中核心硬件主要由主板、DLP光引擎、振鏡系統、激光器等構成。
金屬打印用激光器經歷了幾個發展階段,主要有CO2激光器、YAG激光器以及光纖激光器。CO2激光器的本身輸出波長很長,金屬材料的吸收率較低,因此早期金屬打印用的CO2激光器功率動輒幾千瓦。YAG激光器能夠輸出1.06μm的波長,與金屬的偶合效率高、加工性能良好,一臺800W YAG激光器的有效功率相當于3KW CO2激光功率。后來隨著光纖激光逐步被推向商業市場,YAG激光的弊端便不斷顯現出來,采用更加集成、電光轉換率更高、性能更穩定的光纖激光便成為金屬打印發展的一大趨勢。
在金屬3D打印產業發展早期,激光器主要依賴于國外進口,市場長期被國外廠商所壟斷,主要原因在于國外廠商起步較早,激光器性能、穩定性等方面具有一定優勢。時至今日,這一現象已經徹底改觀。近幾年國內光纖激光器廠商不僅在性能指標、市場占比等方面實現了對國外廠商的反超,更是通過不斷“卷技術”,在一些應用領域定義技術標準,例如杰普特在動力電池領域的“0毛刺”工藝等。
在2024 TCT展會中,杰普特針對3D打印行業重磅推出新版500L/1000L激光器,從核心光源入手帶來性能全面提升,為下游用戶帶來更加穩定、可靠的解決方案,助力國內3D打印產業進一步提升。
助力終端廠商破解關鍵難題
以目前市場最主流的選擇性激光熔化(SLM)金屬3D打印技術為例,其最核心的部件就是單模光纖激光器。想要實現高精密金屬材料打印,激光器必須具備緊湊設計、高光束質量、高可靠性等特點。不同于切割等減材加工,金屬3D打印技術隨著工件體積及復雜程度的提升,往往需要激光器長時間連續工作,且不能出現功率衰減,任何小的變動都會對最終打印質量帶來不利影響。這也是金屬3D打印領域高品質激光器長期被國外廠商壟斷的原因。
△杰普特500L/1000L激光器
為了解決該領域關鍵難題,杰普特一直致力于用穩定可靠的激光器及閉環模組和優質的服務助力設備商性能提升及成本突破。在2024 TCT展會中,杰普特全新推出的500L/1000L激光器憑借更小的體積、更優的光束質量、更快的響應速度、更高的功率穩定性,必將成為設備廠商實現“國產替代”的最佳方案。
相對于舊款,杰普特新版500L/1000L激光器體積小約45%。其中,500L激光器還可以根據客戶需求定制體積更小版本,最高相對舊款產品可縮小70%以上,極大程度地滿足客戶小型化集成的需求,符合當下行業“小型化”的主流趨勢。
另外,新款500L/1000L激光器通過優化光路方案,使其光束質量M2≤1.1,確保了3D打印過程中的高精度,輸出方式QBH/QCS可選,輸出光斑大小可定制,可適應不同客戶需求。
為了提升響應速度,新款500L/1000L激光器通過更改電容和芯片提高模擬量響應速度,調整電阻提高狀態信號的負載驅動能力,狀態信號的負載電流更高,可驅動更大額定電流的繼電器。市面上常見的連續光纖激光器模擬量控制出光響應時間大于500μs,杰普特高配版機器模擬量響應時間在50μs附近,很大程度上壓縮了響應時間,激光器也可實現在模擬量控制出光時的高頻調制。
對于金屬3D打印最為關注的功率穩定性,杰普特新款500L/1000L激光器具備實時功率反饋補償功能,長期功率穩定性≤±1%,確保打印過程穩定進行,減小故障率。
基于以上特性,杰普特新款500L/1000L激光器已在齒科、模具、工業零件等領域批量使用,在客戶現場經受住了實際應用的嚴苛考驗,加快3D打印領域“國產替代”進程。
國家重點鼓勵發展,3D打印大有可為
日前,國家發展和改革委員會產業司修訂發布《產業結構調整指導目錄(2024年本)》,自2024年2月1日起施行,涉及3D打印(增材制造)方向全部被列入鼓勵類。
在《目錄(2024 年本)》智能制造大類中,明確提出鼓勵增材制造裝備和專用材料:金屬增材制造裝備及專用材料,非金屬增材制造裝備及專用材料,生物增材制造裝備及專用材料,激光器、電子槍、掃描振鏡等關鍵零部件,增材制造專用軟件,增材制造綜合解決方案和生產服務。
此外,工信部等八部門近日聯合印發《關于加快傳統制造業轉型升級的指導意見》,提出到2027年,我國傳統制造業高端化、智能化、綠色化、融合化發展水平明顯提升。而3D打印技術的應用,正成為傳統制造業向智能制造轉型的關鍵之一。據《中國增材制造產業發展現狀與趨勢展望》預計,2023-2027年我國3D打印市場規模有望從400億增長至1000億。
本次“第十屆亞洲3D打印、增材制造展覽會”上我們也可以清晰看出,在國家系列政策的鼓勵之下,國內3D打印產業將邁入新的階段,實現從量到質的飛躍。在這其中,國內光纖激光器領域的不斷突破,為我國3D打印領域國產替代、降本增效、差異化競爭等都提供了強有力的保障。
作為中國首家商用脈寬可調高功率光纖激光器生產制造商,杰普特堅持“激光 ”的定位, 深耕核心激光技術,聚焦激光核心模塊,圍繞消費電子、泛半導體、新能源、生物醫療、增材制造等重點領域,可為客戶提供全品類、各波段、不同模式的光纖激光、固體激光、超快激光等產品,激光精密焊接、脆性材料精密加工、半導體模組檢測及標刻、被動元器件、FPC/PCB 打孔等專用設備技術解決方案,為先進制造提供動力之源。
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