增材制造（Additive Manufacturing，简称AM），也被广泛称为3D打印，是一种利用数字模型数据，通过逐层添加材料的方式来构建三维实体物件的制造技术。目前，增材制造技术已在多个行业中得到广泛应用，包括航空航天、汽车、医疗、建筑、消费品制造等，其应用范围仍在不断扩大。

激光增材制造（Laser Additive Manufacturing，简称LAM）是一种先进的材料成形技术，属于增材制造的一种形式。这种技术使用高能激光束来熔化并逐层沉积材料，从而构建出三维物体。

激光增材制造是蓝光激光器商业用途中的一个重要领域。金属的3D打印可以通过多种策略实现，包括粉末床熔融 （PBF）、直接能沉积 （DED） 或送丝熔融 （WFF）。

金属3D打印本质上是小规模的顺序焊接，通过激光作为能量源熔化原材料，将其与相邻材料连接起来。尽管不同激光增材制造方法的细节各不相同，但它们都需要将金属加热到熔合的程度（从软化到熔化）。与焊接一样，该过程目标是将能量从光束传递到金属，完成得越高效，速度就越快，成品零件的质量就越高。

因此，焊接的基本原理在这里同样适用，铜、金和铝等反射金属的吸收不良，给红外激光增材制造带来挑战，包括大量的飞溅、气孔和能量浪费。而蓝光可以被大多数金属高效率的吸收，因此可以使用较低亮度的激光来产生控制良好的熔池，并且可以最大限度地减少飞溅颗粒。

因此，尽管目前红外激光器也能被用于这些应用，但蓝光激光可以提供高零件密度、更高的打印速度。如图1所示，蓝光激光增材制造以比红外低得多的能量密度生产高密度零件。

图1 蓝色激光增材制造以比红外低得多的能量密度生产高密度零件（来源：nuburu）

有数据表明，采用蓝色激光器（BL）取代了红外光纤激光器(IR)，在相同打印质量前提下，BL构建速度比IR快7倍，而不锈钢上快3倍，钛上快1.5倍。

图2 在定向能量沉积测试中测量的构建速率，单位为cc/hr

来源：Blue industrial laser brings speed, quality, and efficiency to metal 3D printing

Sept. 14, 2022Blue laser technology currently under development will support the future expansion of additive manufacturing by delivering high resolution and high quality at higher print speeds.Mark Zediker,Jean-Michel Pelaprat

具体的应用来说，红外激光器打印高反射材料（如金、纯铜或铝）的速度很慢，打印质量也很差。而蓝光激光的优势延伸到打印黄金和制造纯铜零件，开辟了珠宝、牙科和医疗植入物的应用，以及航空航天和电动汽车部件所需的零件。更高的速度以及改进的气体管理将使大规模生产零件的3D打印民用化，并促成3D打印的更广泛采用。

国际机床巨头DMG MORI开发的LASERTEC DED打印设备，包含一台Laserline的蓝色激光器，光源波长为450 nm，使加工铜成为可能。由于铜良好的导热性，可以改善注塑模具和成型工具的冷却性能，还可被用作火箭喷嘴隔热罩中的镍基高温合金双金属。其良好的滑动性能也开辟了新的应用，例如用于风力涡轮机中的镀铜滑动轴承。

图3 铜蓝光打印案例（由DMG MORI Ultrasonic Lasertec GmbH支持）

2024年3月13日，金属3D打印机开发商Meltio在芝加哥举行的Additive Manufacturing Users Group (AMUG) 2024会议期间，推出新款激光金属沉积（LMD）3D打印机M600，该设备特有的450nm波长蓝色激光沉积头优化了自动化生产，配置了9路蓝光激光，总功率达到1000W，兼容多种金属材料，M600能够提高生产效率，降低成本。这款产品的面世，标志着蓝光激光器在处理高反材料的3D打印技术方面的一大进展。

图4 多光束集成光内同轴送丝技术Meltio M600及同轴送丝复合熔覆头

广东硬科院&卓劼激光3500W自由输出蓝光半导体激光器（BLD-455-3500）解决了高反材料表面熔覆及增材制造的难题，处于行业领先地位！

此款激光器激光束以自由空间的方式输出，矩形光斑直接作用于材料表面，不需要额外的光纤或激光加工头输出，电光效率高。激光波长为455±10nm，功率连续可调，最大输出功率高于3500W，主要应用于有色金属熔覆、淬火等，更大程度提高加工效率和加工质量。

图5 BLD-455-3500自由输出蓝光半导体激光器，焊接头

采用BLD-455-3500蓝光激光器搭建了熔覆及增材制造装置，并进行了紫铜和钛镍合金的增材制造打样测试，效果如下。

图6 3500W蓝光机器人熔覆及增材制造装置

图7 激光增材制造样品

广东硬科院&卓劼激光自成立以来便致力于蓝光半导体激光器的研发，于2021年3月在慕尼黑上海光博会首次推出蓝光半导体激光器至今，已形成自研蓝光半导体激光器产品家族，从"自由空间直接输出系列"到"光纤耦合输出系列"，再到采用蓝光+红外复合技术的"蓝光+红外双光束复合一体机"，产品覆盖从100W至3500W的广泛功率区间，充分满足不同应用场景的使用需求。

图8  广东硬科院&卓劼激光蓝光半导体激光器产品家族一览

目前，蓝光激光器市场正处于快速增长阶段，随着技术的逐渐成熟和成本的不断下降，其应用范围必将进一步扩大。

蓝光激光器在增材制造领域的应用，标志着增材制造领域的一次重大飞跃，不仅提升了增材制造的效率和质量，更为材料科学和工程设计带来了前所未有的创新机遇。我们有理由相信，随着技术的不断进步，蓝光激光器必将引领增材制造步入一个更加高效、智能的新时代。