2021年7月，LLNL美國國家實驗室孵化的企業(ye) Seurat Technologies （修拉技術）完成了4100 萬(wan) 美元的B輪融資，由Capricorn基金領投。加上此前的1350萬(wan) 的A輪融資，修拉技術共融資5450萬(wan) 美金（約合人民幣3.4億(yi) ）。

Seurat通過進一步降低製造成本來打入更大的市場。使用Seurat第一代機器，可實現約300 美元/公斤的製造成本，這可能使市場規模增加一倍。預計Seurat 2024年推出的第二代係統以及2027年和2030年的後續係統將真正改變遊戲規則。Seurat的GenX 將製造成本降低至 25美元/公斤以下，從(cong) 而開啟更大的金屬製造市場。

簡單的思路開辟新探索空間

金屬增材製造在增強眾(zhong) 多行業(ye) 的產(chan) 品附加值製造能力方麵具有巨大潛力，增材製造可以生產(chan) 用減材技術無法在零件中製造的幾何形狀，並且可以減少製造過程中產(chan) 生的廢料量，從(cong) 而降低成本。盡管如此，由於(yu) 目前工藝速度的限製，金屬增材製造在大批量製造中尚未獲得顯著的市場份額，這極大地影響了可實現的每件生產(chan) 價(jia) 格。

製造零件的速度受限於(yu) 材料熔化和固化到下層零件中的速度。在典型的激光粉末床熔化（LPBF）工藝中，零件以激光掃描的串行方式構建，通過激光掃描以創建一條固化材料的線，並重複多條線以創建一個(ge) 層。金屬的生產(chan) 速度受到材料熔化和熔合到底層基材的速度的限製，雖然多個(ge) 熱激光源和更多的激光功率可以提高構建速度，但會(hui) 增加額外的控製挑戰。此外，保持多個(ge) 激光器對齊並同等利用並非易事。

另一種金屬增材製造工藝是電子束熔化（EBM），以足夠的速度對電子束進行光柵化，以模擬大麵積熱源。然而EBM需要在真空中操作，並且需要預燒結相對較粗的粉末。與(yu) 激光加工相比，這些因素導致更粗糙的表麵和更大的最小特征尺寸。

修拉所使用的大麵積脈衝(chong) 激光粉末床熔化（LABPF）技術的原理主要基於(yu) 一個(ge) 簡練的思路：如果金屬粉末的熔化與(yu) 凝固從(cong) 串行過程演變為(wei) 並行過程，則粉末床增材製造的構建速度可能會(hui) 顯著加快。

在這項工作中，通過高速成像和高保真物理模擬研究了316L不鏽鋼中LAPBF的物理特性。不過快速與(yu) 精確通常是相互矛盾的，LABPF可以快速熔化金屬粉末，但是快速熔化帶來的熔化的顆粒快速聚結成更大的液滴。

Physics of large-area pulsed laser powder bed fusion論文研究中使用的激光和金屬粉末參數，大於(yu) 40µm的層厚度會(hui) 導致添加材料在基材表麵上的分布不均勻，從(cong) 而增加多層打印中的孔隙率。通過模擬表明，可以通過覆蓋在下方基材上的覆蓋粉末顆粒並阻止過多的激光能量沉積到基材中來產(chan) 生凹坑特征（凹坑特征可能導致孔隙）。

模擬表明，對於(yu) 這些激光和粉末參數，使用較薄的粉末層將減少陰影並允許激光脈衝(chong) 有效地加熱基板，從(cong) 而減少缺陷的形成。實施此更改最終在模擬中證明了獲得> 99.5%密度的零件，在316L不鏽鋼打印中則是通過實驗證明了獲得> 99.8%密度的零件。

此外，在LABPF過程中觀察到的飛濺非常少，這是激光粉末床熔化擴展到更大批量零件生產(chan) 的已知障礙。這表明LABPF能夠生產(chan) 高質量的材料，適用於(yu) 關(guan) 鍵應用，並可擴展到大批量生產(chan) 。

脈衝(chong) 激光粉床缺陷模擬實驗

LABPF於(yu) 2013年在勞倫(lun) 斯利弗莫爾國家實驗室首次發明。該技術的基本原理基於(yu) 傳(chuan) 統的 LPBF，將一層粉末散布在構建板上，然後使用高功率激光熔化。

此過程的一個(ge) 同樣重要的區別是，使用光學尋址光閥（OALV）以高分辨率對激光器進行圖案化。OALV能夠僅(jin) 逐層熔化所需區域以製造三維部件，而激光提供熔化能量以熔化金屬粉末。這種方法不同於(yu) 其他商業(ye) 上可用的選項，並且具有重要的商業(ye) 利益，因為(wei) 它提供了在不損失打印部件分辨率的情況下擴展到高構建率的潛力。

例如，當前的小型演示區打印係統能夠在40 Hz下熔化5mm×5mm方形瓷磚，層厚為(wei) 25 µm，總構建速率為(wei) 90 cm³/h。如果與(yu) 類似於(yu) EOS M290的行業(ye) 標準機器進行比較，後者在相當的層厚度（20 µm）下以7.2 cm³/h的速率生產(chan) 316L不鏽鋼。

盡管取得了這些進步，但LABPF仍麵臨(lin) 許多挑戰。最重要的是，優(you) 化工藝參數以實現全密度的高質量零件，這在任何增材製造工藝中都是至關(guan) 重要的。由於(yu) LAPBF打印方法相對較新，因此對同時熔化大麵積粉末的物理原理知之甚少。LLNL通過使用高保真模擬和高速成像來詳細了解該過程、如何減輕缺陷。

首先，需要理解的是 LAPBF與(yu) LPBF 的相似之處和區別之處。在LPBF激光粉末床熔化過程中，激光與(yu) 粉末、基材和蒸汽的相互作用很重要。激光吸收率會(hui) 隨著粉末特性以及鍵孔的出現而改變。鑰匙孔以及夾帶的顆粒和噴出的液體(ti) 可能會(hui) 產(chan) 生缺陷。LPBF過程可能具有一些與(yu) LAPBF相似的物理效應，但並不導致熔融顆粒彼此之間的大規模集體(ti) 相互作用，這是兩(liang) 個(ge) 過程的區別。

那麽(me) ，研究人員必須要搞清楚在此過程中哪些影響是重要的，與(yu) 傳(chuan) 統 LPBF 相比這些影響是如何發生變化的，哪些影響是有害的，以及如何避免這些影響。研究人員在先前的工作的基礎上，並使用了類似的實驗裝置，通過OALV 創建了一種稱為(wei) “瓷磚”的極化切換圖案，然後將其投射到粉末床上。

■LAPBF係統圖

在實驗中，研究人員使用單個(ge) Nd:YAG（1064 nm）脈衝(chong) 對金屬粉末進行最終熔化以創建每個(ge) 打印的“瓷磚”。雖然實驗裝置能夠改變照明區域的形狀以通過OALV實現任意幾何形狀，但在這項工作中，為(wei) 了簡單起見，使用了均勻強度（2 mm×2 mm）的方形區域（方形瓷磚）。使用了兩(liang) 種不同尺寸分布的不鏽鋼316L粉末，15–32 µm（27 µm）和45–63 µm（54 µm）切割，這裏分別稱為(wei) 27 µm和54 µm粉末，指的是尺寸分布。

鑒於(yu) LAPBF過程是熱驅動的，模型必須滿足的一個(ge) 要求是正確考慮能量平衡以及與(yu) 液體(ti) 熔池的耦合。這是通過使用全激光光線追蹤來實現的。如果沒有此功能，則需要通過指定恒定的材料吸收率來校準沉積的激光能量。使用當前的模擬模型研究表明，吸收率隨熔池深度、激光功率和掃描速度而變化，即沉積的能量密度是這些工藝參數的函數。

在模擬穩定的熔池狀態時，恒定的吸收率可能是一個(ge) 可接受的假設，但不適用於(yu) 瞬態效應。在低功率下吸收率高於(yu) 裸表麵，因為(wei) 激光射線在粉末顆粒之間進行多次反射，因此激光能量更好地與(yu) 係統耦合。在接近小孔狀態的更高功率下，粉末變得不那麽(me) 重要，因為(wei) 吸收率變得非常接近沒有粉末的係統。換句話說，激光射線主要與(yu) 流體(ti) 表麵相互作用。不需要對導致氣體(ti) 流動的金屬蒸發進行建模以捕獲激光-材料能量耦合。

然而，蒸汽反衝(chong) 壓力的影響被認為(wei) 是使液體(ti) 表麵變形並影響熔池形態的邊界條件。液體(ti) 熔體(ti) 流動也與(yu) 表麵張力驅動的Marangoni效應一起考慮，這將在模擬表麵形態演變時討論。

簡而言之，LLNL的科學家通過模擬已經能夠預測諸如熔池尺寸、小孔缺陷的產(chan) 生和緩解、液體(ti) 飛濺效應以及作為(wei) 激光功率函數的激光吸收率等特征，而無需針對每個(ge) 實驗校準模型/模擬展示了靈活性。在這裏，科學家利用此代碼的多功能性來預測最佳工藝參數，以實現接近全密度的打印。