作為金屬3D打印技術的最新發展，開展光束整形技術研究的企業越來越多，研發的進程也越來越深。

3D打印技術參考注意到，國外由EOS引領該技術發展，同時還有Aconity3D和DMG Mori等行業領導者；在國內，鉑力特、華曙高科、中航邁特、大族聚維、漢邦激光等均已推出該解決方案。

但需要指出的是，這些企業實現光束整形的方式則分成了兩大陣營。

光束整形的兩大路線

“直接更換激光器（光源內置型）” 和 “傳統激光器+外場光束調控（后置整形型）” 是如今3D打印設備商開發光束整形金屬3D打印技術的兩大路線，它們各有優缺點。

外場光束調控路線

該路線的核心思想是繼續使用性能穩定、功率成熟的單模光纖激光器（輸出標準高斯光束），然后在其輸出光路中，加入特定的光學元件（如衍射光學元件、折射光學元件、微透鏡陣列、空間光調制器）等，來改變光束的能量分布。

該路線屬于靜態光束整形，意味著光束整形結構在工作過程中保持不變。

后置整形技術路線原理

加入的光學元件不同，得到的光斑形狀也不同。以環形光斑整形為例，光學系統構成可參考如下：單模光纖激光器 → 準直鏡 → （光束開關/監控） → 光束整形器（DOE等） → 振鏡 → F-θ 場鏡 → 加工平面，根據打印幅面不同，光學器件會有調整。

使用軸棱鏡將光束形狀從高斯光束轉換為環形光束

該技術路線的優勢是靈活性高、成本可控、設備升級便利；但卻存在光學損耗、增加系統復雜性，對校準、穩定性和防塵污染要求更高。

目前，大多數開發商選擇的是這條路線，同時也是他們快速實現該技術的重要途徑，只要做好質量控制，就可以以設備的低成本優勢獲得更多市場。

光源內置技術路線

該技術路線，是指在激光器內部就集成了光束整形功能，無需額外的后置光學組件。

它又被稱為動態光束整形，激光器內包含特殊的諧振腔，實現晶體腔內整形，可以實現更復雜、更靈活的光束形狀。目前最為知名的是nLIGHT公司推出的Corona? AFX?，被EOS、Aconity3D等國外3D打印設備商所選擇。

光束整形功能集成在激光器內部，減少了外部光學組件的需求，使得整個系統更加緊湊，光路也更加穩定，減少了外部光學元件引入的誤差和損耗。同時，也降低了維護成本和復雜性。但這種路線的缺點也非常明顯，成本更高。

除此之外，該技術路線實際上對激光器制造商的要求更高，目前的市場選擇相對有限。

除了nLIGHT，3D打印技術參考注意到，傳統激光器制造龍頭IPG，所推出的IPG YLR 3000/1000-AM也具備內置的光束整形能力，它將傳統的高斯光束重塑為更可控的平頂光束或其他橢圓形輪廓，從而實現更高效、更高質量的3D打印。

需要指出的是，光源內置路線并非簡單的直接替換傳統激光器，還需要考慮系統的兼容性，激光器自身的光束整形能力，可能仍需要搭配后置光學器件取得更好的光斑形狀。

光束整形研究的部分先行者

光束整形金屬3D打印如今已經成功實現了商業化，但同樣是經歷了多年研究。雖然簡單描述為光束整形，但整形出的形狀卻還包括多種類型，每一種類型都得需要研究清楚，最終才實現商業轉化。

早在2021年，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL) 將激光塑造成了貝塞爾光束，發現可以減少孔隙形成和“鑰匙孔”缺陷。這些光束對熱沉積提供更好的控制，從而減少熔池中的湍流和飛濺。與使用高斯光束打印的零件相比，使用貝塞爾光束打印的零件表現出更致密、更強、更穩定的特性。

來自燕山大學的研究人員早在2023年就對光束整形技術及其在金屬激光增材制造中的應用進行了綜述，分析了不同光斑形狀下能量分布特征、熔池狀態和零件質量，對于技術人員系統認識這項技術提供了巨大幫助。

此外，弗勞恩霍夫下屬增材生產技術研究所（IAPT）、激光技術研究所 (ILT)，亞琛工業大學、滑鐵盧大學等均開展了光束整形金屬3D打印的大量研究。

3D打印的鋁合金歧管，尺寸較大，采用AFX激光器打印速度提升了5倍，成本降低了60%

國內廣西大學也開展了關于該技術的研究，該校龍雨教授團隊首創發明了光束整形、光束復合和多激光協作的新方法，獲得了廣西科學技術獎科技發明獎一等獎。

這些研究都統一指向光束整形技術給金屬3D打印帶來很多好處：

●更快的打印速度——增加掃描間距和層厚度可減少構建時間。

●更高質量的零件——自適應光束整形可提高熔池穩定性和冶金性能。

●降低生產成本——生產效率的提高可與鍛造和數控加工等傳統制造方法相媲美。

弗勞恩霍夫ILT在開發新的光束輪廓

3D打印技術參考注意到，在經歷幾年的技術消化之后，國內金屬3D打印光束整形技術在2026年幾乎呈現集體爆發態勢。筆者認為，技術的最新發展誠然是原因之一，更大的驅動力在于誰都不想拒絕更高的成型效率，因為意味著更低的成本，和更強的市場競爭力。

就目前的發展現狀來看，外場光束調控路線，是金屬3D打印設備商開展該技術研發的主要選擇，且已有多家可選擇的供應商，是LPBF技術最易量產落地的解決方案。

注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。

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