在航空航天、醫(yī)療、新能源汽車等高端制造領(lǐng)域，金屬增材制造(3D打印)技術(shù)正發(fā)揮著越來越重要的作用。它能夠快速制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件，大幅縮短研發(fā)周期，并降低生產(chǎn)成本。然而，盡管這項(xiàng)技術(shù)前景廣闊，但其在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

目前，基于激光粉末床熔融(laser powder bed fusion, LPBF)的金屬增材制造大多通過掃描激光光斑實(shí)現(xiàn)加工。然而，傳統(tǒng)激光光斑的能量分布呈高斯分布，即中心能量高、邊緣能量低。這種不均勻的能量分布會(huì)使熔池產(chǎn)生很大的溫度梯度，從而容易導(dǎo)致加工件表面出現(xiàn)毛刺，同時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，影響零部件的精度和使用壽命。這些問題成為制約金屬增材制造技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。

為了解決高斯光斑帶來的問題，業(yè)界提出了光束整形的方案。目前主要采用的技術(shù)路徑包括：異形鏡頭、微透鏡陣列和DOE(衍射光學(xué)元件)。然而，這些方案存在一個(gè)共同的缺陷——光束整形不可調(diào)。在實(shí)際應(yīng)用中，不同材料、不同形狀的零部件需要不同的光斑形態(tài)，而現(xiàn)有技術(shù)無法靈活調(diào)整光斑形狀，也無法通過現(xiàn)有理論模型模擬找到最優(yōu)解。因此，光斑的可調(diào)性成為制約這些方案廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

理論上，空間光調(diào)制器(LCOS-SLM)可以完美解決光斑可調(diào)性的問題。它能夠靈活調(diào)整光斑形狀，適應(yīng)不同的加工需求。然而，金屬增材制造在加工過程中需要對(duì)金屬粉末進(jìn)行熔化，因此對(duì)激光功率的要求極高，單光束功率需要超過300 W，而傳統(tǒng)的空間光調(diào)制器無法滿足這一功率需求。因此，空間光調(diào)制器在金屬增材制造領(lǐng)域的應(yīng)用一直處于空白狀態(tài)。

直到2024年，濱松公司推出了700 W高功率LCOS-SLM，成功填補(bǔ)了這一技術(shù)空白。這款產(chǎn)品不僅可承受高功率激光，還能實(shí)現(xiàn)靈活的光束整形，為金屬增材制造提供了全新的解決方案。

審核編輯 黃宇