如圖所示是，為美國國家點火裝置所開發(fā)的采用高性能的激光二極管陣列和一個專門的激光調制器，研究人員可以實現3D打印大型金屬物體，根據美國研究人員的一項新研究，如今3D打印市場上正需要這樣的設備。

根據一項由勞倫斯摩爾國家實驗室開發(fā)的最新技術，一項最初美國國家點火裝置（NIF）順利開發(fā)的高功率激光束模式可用于金屬物體的3D打印，且其金屬物體的打印速度比以往任何時候都要快。

一組實驗室科學家在最新一期的《光學快報》雜志上發(fā)表了這一最新研究發(fā)現。這是一種基于二極管添加劑制造工藝(DiAM)的新方法，即采用大功率激光二極管陣列、調Q激光器和美國國家點火裝置開發(fā)的一次可打印一層金屬粉末的專門研制出的激光調制器，與傳統(tǒng)的基于激光粉末融合添加劑制造(PBFAM)系統(tǒng)不同的是，這種裝置不再是在各層進行激光掃描。

圖片:13-newtechnolog.jpg

研究者們說，實驗結果表明，現在只需今天市場上的金屬3-D打印機所需金屬的一小部分便可以打印出體積較大的金屬物體，擴大了工業(yè)上需要更大的金屬部件（如航空航天和汽車）的應用可能性。小組得出結論，這種裝置的打印速度的靈活性和質量相結合，通過與二極管添加劑制造工藝相結合，其效率“遠遠超出”目前的粉床融合為基礎的打印系統(tǒng)。

“通過減少打印時間并提高打印尺寸，這個過程可以改變金屬添加劑制造，” Ibo Matthews說，他是美國國家實驗室的一名科學家，并且是文章的第一作者�！肮�(jié)省了所用激光時間，我們估算一立方米的金屬打印，將需要10年的光柵掃描過程，而利用二極管添加劑制造工藝只需要幾個小時，因為你可以按照圖樣實現每一層一次的打印。用灰度圖像打印也可以讓你減少殘余應力，因為你可以調整空間和時間上的熱應力�！�

Matthews說這是一個“神奇”的過程，這就一個定制的激光調制器，實現了稱為光學尋址光閥(OALV)，其中包含一系列液晶和光電晶體。就像一個基于液晶投影儀，研究人員解釋說，這個光學尋址光閥可用于基于大功率激光根據預編程的圖樣實現一層一層金屬打印。但不同于傳統(tǒng)的液晶投影機，這一光學尋址光閥不是基于像素的且能夠處理高功率的激光。

該技術最初被設計是美國國家點火裝置試驗計劃LEOPARD的一個部分，即由精密調整輻射分布的激光能量優(yōu)化系統(tǒng)，它曾在2010年開始部署并在贏得了2012年度 R&D 100大獎。美國國家點火裝置的光學尋址光閥可用于激光束的配置和局部陰影和高強度能量密度光學保護（能量密度，即對于一個給定的單位面積的激光能量）優(yōu)化。

在LEOPARD計劃中，美國國家點火裝置電子保護了其光束，特別是那光學區(qū)中具有潛在缺陷的危險區(qū)域，并最終由光學損傷檢驗鑒定（FODI）系統(tǒng)進行檢測。這使美國國家點火裝置系統(tǒng)能夠持續(xù)工作直到計劃允許那些光學設備停止或修復和重新開啟光束。

研究團隊首次證明了光閥可用于印刷部分，最初是由前美國國家實驗室研究員James DeMuth、John Heebner提出的，國家實驗室的科學家領導這項光學尋址光閥的研究，并發(fā)展到了金屬3D打印技術作為一種“自然而然的協同使用。”

“二極管添加劑制造工藝項目結合了兩種技術，我們率先在實驗室中實現高功率激光二極管陣列和光學尋址光閥，”Heebner說�！拌b于我們花費了很多時間實現了光閥的發(fā)展，使它成為一個自然的延伸，并適用于這個項目。我們進行了一些計算，從一開始就很清楚它會實現什么樣的工作—3D打印。改變一個串行進程到并行過程的能力是至關重要的，以確保隨著零件的復雜性或大小的增加，圖案過程的速度可以增加趕上�！�

除了具有可能制造較大的零件的能力，使用這種閥門所具有的成像質量，可能會超過今天的金屬3D打印機，并在投影圖像微調梯度的能力上意味著更好地控制殘余應力和材料的微觀結構，研究人員說。

利用二極管添加劑制造工藝實現打印，激光光源是由一組四個半導體激光器陣列和納秒脈沖激光組成。它通過光學尋址光閥，實現所需制造零件三維圖像的二維“切片”。圖像從數字計算機文件到激光是兩個液晶調制過程。在第一階段，圖像來源于一個數字化的CAD模型并印制在一個低功耗的藍色LED光源中，這個光源使用一個普通的像素化的液晶投影機。

在第二階段，藍色圖像激活光學尋址光閥的光導層創(chuàng)建局部導電片（藍色的光出現在傳輸電壓）的液晶層。這使得低功率藍色圖像可調制高功率激光束。然后，該光束被引導到一個構建平面上，一次打印出整個金屬層。在這項研究中，研究人員使用錫粉末，成功地展示了兩個小三維模型的印刷，一個葉輪（小渦輪葉片結構），一個國家實驗室的標志。

目前，加快金屬添加劑的過程是在國家實驗室進行技術研究的主要驅動力，更大的制造規(guī)模是實驗室的核心使命，研究人員說。與脈沖激光系統(tǒng)相比，激光二極管提供的能量也很便宜，所以這樣的系統(tǒng)比當今市場上的光纖激光器更具成本效益。

原文來源：https://phys.org/news/2017-05-technology-revolutionize-d.html，實驗幫譯。