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3D打印技術參考注意到，山東大學的一研究團隊于不久前使用中航邁特的光束整形金屬3D打印機MT280，以IN718鎳基高溫合金為材料，成功實現25°懸垂結構的無支撐打印。
這一發現，為金屬3D打印進入光束整形發展新階段后的無支撐工藝探索提供了思路。
環形光打印的零件試樣，(a) 用較高能量密度值制造的試樣；(b) 用較高激光功率制造的試樣
環形光束實現無支撐打印的探索
研究指出，采用環形光束實現無支撐打印的本質在于，環形光能量分布更加均勻，進而能夠降低打印過程中的溫度梯度和熱應力，從而能更為有效地控制翹曲，實現大角度無支撐打印。
在傳統高斯光束下，懸垂角度低于45°的結構通常需要添加支撐。這是因為，傳統高斯光能量分布不均，中心強度遠高于邊緣，造成熔池窄而深，并向下沉入粉末形成“掛渣”；同時，高斯光束因能量高度集中，導致峰值溫度極高，熔池強烈流動和不穩定，進一步增加熱應力和變形風險。
高斯光束通常在懸垂角度低于45°時添加支撐
相比高斯光，環形光能量分布更均勻，熔池更寬、更淺；且峰值功率密度顯著降低，熔池內部流動更平穩，避免了高斯光束下因強烈反沖壓力造成的劇烈凹陷和飛濺。雖然熔池重力仍會導致熔池在懸垂區下沉并形成“掛渣”，但能夠在不加支撐的情況下逐層堆疊至目標高度，且不會引發災難性的翹曲或層間斷裂，保證了宏觀成型性。
兩種光斑打印懸垂結構對比：a.環形光有兩組完整打印；b、c為高斯光，均未能完成完整打印
筆者發現，研究人員細致對比了兩種光斑形成的熔池深寬比、峰值溫度以及結構變形量。
環形光與高斯光熔池深寬比結果是0.16和0.57，峰值溫度為3182K與3749K，可以看出兩者的差異非常明顯。
從上圖中可以看出，環形光具有更好的打印效果，主要體現在完整性和變形量上。但仔細觀察，環形光并非在所有工藝組合下都成功完成了打印。而且，環形光打印的懸垂頂部也有變形，最大變形量為0.18mm，但相比高斯光束都沒有完成打印，其技術潛力已經得到體現。
另一方面，研究還評估了懸垂結構的下表面質量，環形光一如既往的在此方面沒有優勢，粗糙度超過40μm。
兩種光斑打印的懸垂結構頂部變形量對比
從這些數據得出結論，環形光即便也存在變形，且粗糙度大，但相比高斯光仍然顯示出在實現無支撐打印方面的重要潛力。它顯著抑制了翹曲變形，能夠完成完整構建，待工藝進一步優化，或將有更大改善。
國內光束整形技術新發展
與3D打印效果探討
該研究使用的設備為中航邁特的光束整形3D打印機MT280，其搭載500瓦激光器，采用外置光學整形元件，最終實現環狀光束。轉換后的光束直徑由70um變為167um，能量分布更加均勻。
筆者注意到，中航邁特在2026年推出了配備無級變束能力的最新裝備，而且在今年TCT展會上，也有專門的供應商提供這一技術。
據筆者查詢，該技術可以在0.4秒內自適應完成高斯光、環形光與點環光斑模式的動態變換，并可根據不同工藝階段與構件特征自適應能量分配。
這似乎已經與nLIGHT公司推出的AFX激光器所能實現的功能相接近。后者能實現環形光束的25ms內快速切換，光束尺寸范圍從約85微米的高斯光束到250微米的環形光束，可精確控制能量分布。
中航邁特指出，相比高斯光設備，環形光整體生產效率可提升約30%。但環形光應用的一大難題是大光斑導致的表面粗糙問題，目前主流的方案是使用高斯光打印輪廓，環形光打印填充，而無極變束技術或能對該問題的解決提供幫助。
此外，之前3D打印技術參考還報道過EOS實現無支撐打印的方法，其通過實時測量打印過程每一層的溫度，實時調整激光能量輸入以減少熱應力，相關技術覆蓋工藝策略與控制系統。
隨著金屬3D打印技術發展進入光束整形時代，新的探索才剛剛開始。
將其與多激光結合，可放大效率提升效益；動態熱管理與智能工藝調整，可在新形勢下進行無支撐打印方案的探索；小高斯光斑+大環形光斑的結合，既保障表面質量又提升效率，但兩者如何結合又有多種形式。
對于多數廠商來說目前還只能關注其中一兩種技術，而誰能最先形成“有專利+有數據+有客戶案例”的完整方案，就能在技術發展的新形勢下讓自己的打印服務成本更低、讓綜合解決方案更有賣點。
論文：Laser powder bed fusion of a support-free overhang structure using a donut-shaped laser beam
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