作者： 时间：2021-09-30
3D打印，是指先通过计算机从Solidworks、Pro/E、CAD 等其它建模软件生成3D模型，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而通过指令指导打印机逐层打印而叠加在一起。这种3D打印技术，不同于传统的“机械加工”技术的“减”材制造——生产过程产生很多废料，它的材料利用率可高达95%，所以3D打印也叫增材制造。当下，3D打印可以应用于许多不同的加工工艺技术，其中许多是基于激光的，激光作为加热源，使材料选择性地融合，无论是熔化还是烧结状态，不同的技术导致不同级别的层内材料密度水平，也可以适用于不同的材料使用。
由于激光器自身结构的原因导致光束的发散角不同、能量分布不均匀、能量密度低、光束质量差等一些原因，限制了半导体激光器的实际应用效果。通过匀化器得到理想的光强分布，通常是均匀的和均匀的（如平顶光束分布），其设计特性由工艺参数决定。如在激光金属沉积(laser metal deposition，LMD)中，由于高斯光束具有均匀的能量和较小的温度梯度，使用匀化器产生的环形光束在高斯光束上沉积时，工艺性能得到了改善。结果表明，该技术在减小工件残余应力、减少热积累、避免过度烧结和稀释、细化晶粒尺寸、提高涂层表面质量等方面具有明显的优势。
在3D打印技术中，选择性激光熔化（selective laser melting，SLM）是最为被关注的技术。选择性激光熔化（SLM）技术可以采用粉末直接制造出3D形状的金属和合金。当下，由于其SLM技术的生产效率还比较低，所以提高SLM生产效率的解决方案可以让金属3D打印在很短的时间内打印出复杂的3D形状来。
研究表明具有中心光斑的环形光束可以改善熔池动力学，与一般的高斯光束更相比，熔池也更稳定。所以，匀化器选区激光熔化的技术就可以消除3D打印在工艺过程中导致物体内部的应力裂缝，从而可以以非常高的生产率生产完全致密的材料。
因为一般的高斯分布的激光能量存在的一个最大的问题就是大约有63%的能量会损失掉，仅仅只有37%的能量用于加工。这表明高斯分布的能量应用时浪费较多。很明显，如果对能量进行重新分配，并提供平顶光束或环形光束可以提高激光能量的应用效率和提高SLM工艺的加工效率。所以，通过匀化器对高斯分布的激光光束转换成其他形式的分布，以达成匀化器选区激光熔化的技术来提高效率。有研究指出，高斯分布的TEM00的分布模式可以通过光束整形变成反高斯（环形）分布或平顶光束分布，其生产效率至少提高两到三倍。
三种不能的激光能量分布模式图：（a） 高斯分布 （b）平顶分布 （c） 环形分布
