镁合金3D打印为什么难？突破已经发生！

镁合金在航空航天、轨道交通、生物医用等领域具有广阔应用前景。

但该材料的一系列特点导致其3D打印应用没有广泛推广，但这一情况正在发生改变。

镁合金3D打印为什么困难

镁合金熔沸点低、蒸气压高、氧化性强，在3D打印过程中容易在构件内部形成孔隙、裂纹等缺陷；

而且，镁在高温下的活性极高，其风险贯穿LPBF工艺从粉末处理、打印到后处理的全流程，很多高校明确禁止打印该材料。

在DED激光送丝中，镁合金激光送丝增材还有大量难点：

镁合金与氧的亲和力高，对储存环境要求高，丝材在非真空环境下易氧化，氧化严重的丝材直接影响成形效果，甚至无法成形。

➡️ 镁合金工艺窗口窄，对各项工艺数值如激光焦点、功率、扫描速度、送丝速度等极其敏感，且镁合金各系列之间工艺相差大，参数优化依赖调试。

➡️ 激光加工时极易发生剧烈蒸发，产生严重的粉体烟尘飞溅，导致熔池不稳定、能量传递不均，并造成材料损失和成分偏离。➡️ 镁合金加工过程中，产生的火花容易烧毁耗材，致使成本增加，飞溅的烟尘，容易反渣至内部光学系统。

➡️ 激光加工时，难以实时精确监测，过程稳定性控制难度大。

通历环形光斑解决镁合金

激光送丝3D打印难题

通历激光作为国内首批可批量生产同轴送丝送粉激光头厂家，为客户试打印过多种丝材，如钛合金、全系铝合金，铜合金、In718、钴基合金、高熵合金、高碳高铬以及巴氏合金等，但这些材料的打印都没有镁合金难。

通历首次测试镁合金时“临危受命”，用户在此前已尝试过多光束、环形光等多种光学方案，测试效果要么熔池形貌不佳要么无法成形。

通历工程师根据加工效果，不断调试功率、扫描速度等参数，测试出通历的环形光斑方案可实现镁合金3D打印。

通历环形光斑3D打印方案对加工轨迹无方向性及角度要求，采用同轴送出镁合金丝材，中空环形的光束轮廓直接聚焦到丝材和工件表面之间的交汇区域。

该过程使光束能量强度全向分布，均匀预热，可完全控制加工过程中的能量输入，避免了熔池不稳定、能量传递不均等情况，进而避免了气孔与裂纹。

相较于镁合金粉材，镁合金丝材的利用率和加工效率都更高，风险也更小，甚至可以增加热丝电源/电弧与激光复合，进一步提高加工效率。

同时，激光头的双层密封系统及喷嘴组件也阻断了镁合金的反渣、起火，保护了内部光学系统及降低了耗材成本。

但是镁合金加工时起火并对激光焦点敏感，加之加工时粉体烟尘产生散射影响，为了使加工过程更加稳定，工程师根据熔池状态，调节调焦旋钮，实时调整加工功率，保证加工效果。

镁合金丝粉同送

尝试更多3D打印可能

起初，通历尝试AZ系列镁合金，随着加工头在现场应用方案越来越多，稀土镁合金、ZK61等丝材，均进行了大批量实验，不同牌号、轻微氧化的镁合金工艺窗口差别较大，成形难度不一，但也均可成型。

同轴送丝送粉激光头，可单送丝、单送粉、可丝粉同送，也可一层丝一层粉，材料制备方式灵活。

送丝、送粉、丝粉同送，系统集中控制，各加工单元可单独执行加工。丝材线径0.8mm-3.0mm，送粉器颗粒度20-800μm，粉筒数量可单桶、双桶或定制。

镁合金丝+稀土粉末、镁合金丝+钛粉，实现金属基复合材料的原位制备，为材料改性，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价值，也可减少生产成本。

通历同轴送丝送粉激光头

有何特殊之处

市场上除了通历同轴送丝送粉激光头，也有环形光方案，该公司的不同之处在于其10年来专业生产激光核心部件，有着丰富的光学经验。

激光头在光学系统设计方面，也与市场上大部分环形光方案有所不同。

光路工程:自研同轴环形分光镜组，精准分配内外环光路能量。外环预热基材，内环熔融丝材，从根源上杜绝丝材未熔和过烧，实现近乎100%的材料利用率。

热控工程:分层式环绕镜片水冷结构，针对镜腔、腔体、送料接口分区散热。中空环形光斑的内部空间允许水路直达镜片中心，保证镜片恒温工作，支撑设备在12kW下长时间满功率连续运行。

精密机械:微纳级同轴装配工艺，将激光光路、送丝管道、保护气路通道，以及测温、压力、湿度、光散等多种传感器集成，保证大流量送丝和高功率光学传输的双重稳定性。

流体工程:冷却水流通道与流线型层流保护相结合，有效抑制熔池飞溅，提升激光能量利用率。

通历同轴送丝送粉激光头——应用现场

能源电力·大型冲击式转轮模锻水斗

汽车模具应用

航空航天应用

3C电子行业应用

如今，通历同轴送丝3D打印激光头已率先从科研走向工厂，实现批量生产及大规模应用，在航空航天、能源电力、轨道交通、3C电子、汽车、模具、船舶等领域均有相关应用。

注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。