近年来,同轴送丝送粉激光头作为激光送丝增材制造核心部件,应用范围越来越广,从大型构件、航空航天、模具到汽车、3C行业……都能看到它的身影。

2017年研发初期,通历曾尝试多种光学方案,从同轴一分四光束方案、同轴多光束方案到锥反射环形光方案等,但效果均不理想,多个光点拼接容易形成光斑和熔池形貌不佳、加工方向仍然受限等应用缺陷,如在复杂曲面进行加工时,激光头进行偏转,激光光点难以汇聚,导致加工效果变差,多点拼接光学方案对工艺要求比较高,焦点高度敏感等问题因此用在大规模生产较为困难,加工效果亦是南辕北辙,各项成本也随之增加,为了更符合实际应用场景,通历研发出环形光斑-丝/粉光同轴光学设计方案。


光束质量分析

CCD高速相机画面


第10代同轴送丝,2024年项目启动,2025年进行产品测试,2025年底在北京增材制造展上进行首展,整个项目迭代研发测试优化接近两年。通历为解决行业痛点做了大量的研发工作:
丝粉同送——金属基复合材料的原位制备
它对材料改性发挥着不可替代的作用,在增材行业中,有很多材料制成丝材较为困难,如钨、钼、硅、锗等,但又需要某些性能,因此丝粉同送的功能就显得尤为重要,它将硬质或特殊性能的颗粒以粉末的形式,将其添加到熔池中,实现金属基复合材料的原位制备,灵活的制备方式,在激光增材制造个性化工件和提升使用性能方面具有重要的价值,也可减少生产成本。如广泛应用在航空航天、军工装备、汽车领域中,优化材料配比与工艺参数,使其性能发生改变。
丝粉同送——制备梯度功能材料丝粉同送功能,对加工零件成分设计更加灵活。可以分别对每一层的成分进行设计,从而制备梯度功能材料。
不锈钢丝+7系铝粉+in625+陶瓷粉
产品单价及售后维修成本较高,针对此痛点,在不改变环形光斑-丝/粉光同轴光学设计方案的基础上,通历对同轴送丝机械及光学方案调整,研发出TL-WP-I,在保证加工效果的前提下,其价格远低于市场同类产品,第10代同轴送丝送粉激光头全组产品进行了大量的结构优化,使之在现场应用时更便捷的更换外部组件,更快地恢复生产。
通历同轴送丝增加了调节旋钮,在激光加工过程中,随着加工工件的变化,光斑大小也会随之改变,为保证成型质量与加工稳定性,实时调节旋钮,调焦范围±5mm,同时激光头带有温度传感器,监测内部核心部件温度,可选配熔池温度监控和熔池高度补偿传感器,补偿熔池高度误差,多维度保证加工的稳定性。
通历自研激光送丝系统,系统配置伺服动力系统及送丝实时速度监测功能,送丝机最大拉力≥4kg,速度最大可达16m/min,送丝精度±0.1mm,丝材线径可兼容多款规格,可送丝材线径0.8-3.0mm,智能送丝机重量仅3.9kg,使整套方案配置更轻更小,减少干涉和负载的可能性,在设备上使用更灵活便捷。
行业应用
通历同轴送丝3D打印率先从科研走向工厂,实现批量生产及大规模应用。打印了复杂系数达S4级以上的大型深腔复杂曲面马氏体不锈钢水斗锻件,锻件在建成后,所面对的压力相当于一辆小货车以100公里的时速,正面撞击所产生的力量,至少要承受150亿次,同轴送丝3D打印的水斗破解了大型结构锻件快速制坯和成形难题,实现了大型锻件的近净成形和高效批量化制造,加工效果也达到世界先进水平。所制产品全球领先。
在汽车模具生产加工中面对复杂的型面加工,也可完成高难度·高精度修复。针对复杂曲面的热成型冲压模具做表面高强涂层后,其寿命提高1倍。
在航空航天领域中钴基丝材Milestone T800,Milestone Co21的增材,其作为高温合金对激光头的要求只多不少,加工钴基丝材,功率约4KW左右,通历6KW的同轴送丝,可以应对市场上大部分高温合金丝材,也无需拉满功率,满负载加工。
对于难熔金属铜的加工,激光头内部附了双层抗高反并且做了热量吸收冷却装置,增加了多个水冷模块,为了增大铜材料的吸收率,激光头也可选配红蓝光复合,更好的加工工件。此外,手机、电脑、汽车等零件也可进行3D打印、如手机框,电脑底板螺丝等。
来源:增材制造硕博联盟