國家專(zhuan) 家王穎博士長期從(cong) 事新一代大功率激光器的產(chan) 業(ye) 化以及新型激光器的研發，對激光3D技術有深入的見解和體(ti) 會(hui) ，《千人》雜誌就激光技術對3D打印的影響，對王穎博士進行了專(zhuan) 訪。

　　《千人》：作為(wei) 21世紀發展極具發展前途的新技術之一，各國政府和工業(ye) 部門都非常重視激光技術的發展，激光技術在3D打印產(chan) 業(ye) 中的應用現狀如何？在3D打印產(chan) 業(ye) 中又處於(yu) 怎樣的地位？

　　王穎：激光技術主要用於(yu) 金屬或陶瓷材料的3D打印。盡管其他的3D打印也可以利用激光技術，但成本太高，因此隻有在特定的情況下才會(hui) 使用激光源。在金屬和陶瓷類的高端3D打印中，激光器現在是最合適的能源。由於(yu) 其非接觸式的特點以及功率可控和穩定性，激光已經被認為(wei) 是3D打印中不可或缺的手段。

　　激光技術在3D打印產(chan) 業(ye) 中現在處於(yu) 發展的上升階段。在這個(ge) 階段中，對用戶影響最大的是目前激光器的價(jia) 格。新一代的激光技術包括光纖激光和半導體(ti) 激光，新一代激光器件的最大優(you) 勢是電光轉換效率高，可達40-50%，可通過光纖傳(chuan) 輸，不需要後期維護等。盡管最近幾年新一代激光器的成本大大地下降了，相比其他3D打印設備中的器件來說，成本仍然是最高的，甚至達到60%以上，這從(cong) 某種角度上限製了高端3D打印的廣泛發展。

　　《千人》：3D打印技術包括3DP技術、FDM熔融層積成型技術、SLA立體(ti) 平板印刷技術、UV紫外線成型技術等多種技術，與(yu) 這些技術相比，激光技術的優(you) 勢在哪？

　　王穎：3DP技術使用粉末材料，如陶瓷，金屬，塑料粉末等，通過鋪粉，然後使用噴嘴將粘合劑噴在需要成型的區域，讓材料粉末粘接，形成零件截麵，然後通過層層鋪粉、噴塗、粘接的過程，疊加打印出零件。熔融沉積成型（FusedDepositionModeling,FDM）將絲(si) 狀熱熔性材料加熱融化，通過一個(ge) 微細噴嘴的噴頭擠噴出，沉積，冷卻固化，通過材料的層層堆積形成最終成品。SLA即光固化技術是最早發展起來的快速成型技術，也是目前研究最深入、技術最成熟、應用最廣泛的快速成型技術之一。光固化技術，主要使用光敏樹脂為(wei) 材料，通過紫外光或者其他光源照射凝固成型，逐層固化，最終得到完整的產(chan) 品。這些技術都不需要激光的參與(yu) 。

　　激光應用的3D打印技術主要有兩(liang) 種，一個(ge) 是所謂選擇性激光燒結（SelectingLaserSintering,SLS），本技術利用粉末材料在激光照射下熔融燒結的原理，由計算機控製層層堆結成型，原理與(yu) 3DP類似，隻是把膠換成了激光。由於(yu) 激光掃描的局限性，目前這個(ge) 方法比較適合做較小的零件。另一種激光3D打印的技術是直接粉末堆積方法，通過機械臂或多軸聯動的數控係統，將激光在預定軌跡上掃過，同時將粉末直接輸送到焦點進行熔化堆積成型。這種方法可以用來打印很大的工件。理論上沒有尺寸限製。相比SLS方法，激光光斑稍大，因此產(chan) 品光潔度一般低一些。

　　未來核心：提高光束質量創新工藝技術

　　《千人》：近年來，激光技術已與(yu) 多個(ge) 學科相結合形成多個(ge) 應用技術領域，比如航空航天領域、醫療領域、軍(jun) 事領域，材料加工領域等，與(yu) 在3D打印產(chan) 業(ye) 運用中相比存在哪些差距？造成差距的原因是什麽(me) ？

　　王穎：激光在航空航天領域、醫療領域、軍(jun) 事領域，材料加工領域早已得到了廣泛的應用。這些應用也在不斷發展和更新中。新的激光技術往往會(hui) 引起各領域的一些改變。3D打印相比之下還剛剛起步，這是造成差距的原因之一。另一方麵，3D打印本身還有待成熟，如金屬材料的打印方麵，材料，工藝，打印對象等多為(wei) 定製型，設備通用性不夠，這也是目前發展的限製因素之一。

　　《千人》：3D打印行業(ye) 中的激光技術剛剛起步，目前麵臨(lin) 哪些技術局限？您覺得我國的激光技術能應該如何突破這些局限？

　　王穎：激光3D打印主要還是集中在金屬材料的應用上，如何取得高精度和避免二次加工是是激光3D打印亟待突破的技術限製。

　　要突破這個(ge) 限製，如何進一步提高光束質量，尤其是高功率激光的光束質量是努力的目標。目前國內(nei) 高光束質量的激光器現在已可以比較容易小規模實現，光斑已經可以做到波長量級，但成本還比較高。另外打印的質量往往和工藝有關(guan) 。粉末技術是個(ge) 比較重要的因素。超細的粉末如何準確穩定輸送也是個(ge) 工藝上的問題。因此實現高精度打印，需要開發出新的工藝技術。另外，當製作精度提高後，打印速度就會(hui) 受到較大影響。3D打印的速度和精度的平衡也是一個(ge) 課題，過慢的打印速度所帶來的成本也會(hui) 限製技術的普及。我國的新一代激光功率和光學質量有待提高。國家應該對國內(nei) 的關(guan) 鍵核心技術加以評估和梳理，並對這些技術的工業(ye) 化發展給予支持。工藝研發和關(guan) 鍵器件的自主生產(chan) 可以突破激光技術的瓶頸，成本的進一步下降對3D產(chan) 業(ye) 的推動將會(hui) 有較大的幫助。

　　關(guan) 於(yu) 降低成本，我曾提過“激光參數的選擇對打印成本有關(guan) 鍵的作用，激光器的選擇對3D打印的結果也起到關(guan) 鍵的作用”。激光參數包括光斑尺寸，光斑分布均勻度，波長，功率等等。這些需要綜合考慮，並根據要完成的工作進行優(you) 化。不了解激光技術的用戶，如果選錯了係統，對項目的順利進行會(hui) 有影響。輕則過多的花費資金買(mai) 了超出要求的激光係統，重則引起項目失敗而並不知道其實可以成功。比如同樣的功率，均勻分布的光斑和正態分布的光斑取得的效果可能是不同的。

　　《千人》：目前激光主要應用於(yu) 金屬3D打印，您曾說過“激光技術用於(yu) 局部修複或許是金屬3D打印推動的突破口之一”，激光技術用於(yu) 局部修複的運用現狀如何？

　　王穎：目前金屬3D打印的推廣尚有段路要走。一是因為(wei) 成本比較高，設備和粉末都不便宜，另外工藝不像打塑料玩具那樣簡單和要求低，用於(yu) 普通零件生產(chan) 不夠經濟。對高端製造，如航天航空領域，單件製造應該就需要全檢而不是抽檢，缺陷的全麵檢查會(hui) 進一步增加成本。改變工藝，優(you) 化生產(chan) ，減低成本都會(hui) 需要些時間。相比之下，利用這項技術進行局部修複是合適的。因此這可以是個(ge) 突破口，可以把市場應用引領起來。目前激光技術用於(yu) 修複也還在普及中。最近我們(men) 和客戶開發的便攜式激光修複設備就是這方麵的一項努力。

　　《千人》：目前激光技術用於(yu) 局部修複的市場規模如何？麵臨(lin) 哪些困境？該如何解決(jue) ？

　　王穎：局部修複市場有數億(yi) 之巨。麵臨(lin) 的問題一是設備的價(jia) 格，二是粉末技術和來源，另外就是工藝的問題。修複對環保和產(chan) 品升級都是重要的，國家在這方麵應該給企業(ye) 鼓勵來使用這項技術。用戶多了，設備成本也就下來了，可以良性循環。3D打印的產(chan) 業(ye) 中激光技術僅(jin) 是數個(ge) 產(chan) 業(ye) 發展因素中技術因素中的一個(ge) 方麵而已，但可以在激光技術本身做些工作，優(you) 化激光器來提高打印的光潔度和打印效果。

　　《千人》：在全球製造業(ye) 競爭(zheng) 加劇的大背景下，激光技術為(wei) 什麽(me) 在製造業(ye) 大受青睞？對於(yu) 製造業(ye) 的戰略意義(yi) 是什麽(me) ？

　　王穎：激光加工具有能量易控製、加工結果一致性好等優(you) 點，常常取得傳(chuan) 統加工做不到的結果。與(yu) 其他很多方法不同的是，激光加工為(wei) 非接觸性加工。另外，從(cong) 節能環保上看，新一代激光器的電效率為(wei) 傳(chuan) 統激光的十多倍，電耗因此大大減小,是節約資源的先進製造、再製造的基礎，新型激光器由於(yu) 成品率高和運行、維護費用低，可以很快收回投資。激光技術在製造業(ye) 中“大行其道”，既是國際上的趨勢，也是國家高端裝備製造業(ye) 發展規劃的內(nei) 容。