激光在增材制造中的最新应用

激光增材制造（Laser Additive Manufacturing）正经历从"原理验证"到"工业化批量生产"的关键跨越期。以下从核心工艺、前沿突破、行业应用三个维度系统梳理最新进展。

核心工艺体系的最新演进

激光粉末床熔融（LPBF / PBF-LB/M）

LPBF是当前金属增材制造的主流工艺，正朝着大尺寸、高效率、高精度、高性能四个方向同步演进。

光束整形技术是当前最核心的装备创新方向。传统高斯光束存在能量分布不均、飞溅严重等问题，而通过环形光束、平顶光束等整形方案，可以创造更稳定的熔池环境，避免开裂、飞溅和冷凝等缺陷。欧盟InShaPE项目的试验表明，智能光束整形结合多光谱成像实时监控，可将生产效率提升6倍以上（从15 cm³/h提升至93.3 cm³/h），同时成本降低50%。国内海目星激光自研的BST空间光整形技术也已成功赋能增材制造工艺，加工效率提升一倍，钛合金相关工艺已完成全流程商业化验证。

多光束复合技术正在解决大尺寸零件成形效率低的瓶颈。多光束分区拼接技术可将大尺寸零件成形效率提高2~4倍；四激光配置可使残余应力降至44.1MPa；区域3D打印技术更使残余应力下降90%以上，几乎无飞溅。

无支撑打印技术取得重要突破。华南理工大学团队实现了18mm跨度悬垂结构无支撑成形，致密度达99.96%；铂力特已实现30°以下悬垂结构无支撑打印，并成功打印出φ100无支撑水平流道和水平面，使无支撑技术可更广泛应用于实际零件生产。

激光定向能量沉积（DED-LB/M）

激光立体成形技术在大尺寸复杂构件制造方面具有独特优势。铂力特已实现直径1500mm级大尺寸薄壁复杂钛合金零件的研制及稳定交付，以及2000mm高度的钛合金薄壁零件研制，相关检测指标满足客户要求。

前沿工艺突破

激光锻打印——"成形+强化"一体化

这是近年来最具原创性的突破之一。西安空天机电团队首创将超快激光冲击波锻打强化与增材制造原位融合，在逐层打印的同时同步引入冲击波对沉积层进行锻打，实现成形与强化一体化调控。该技术成功解决了金属增材制造构件普遍存在的孔隙、裂纹及疲劳性能不足等瓶颈问题，使3D打印零部件综合力学性能达到锻件水平，同时可有效抑制薄壁件打印热变形，显著减少外加支撑数量，支持K438高温合金、钛铝合金、高强铝合金等难打印金属材料的高质量成形。

双波长原位激光强化复合增材制造

中科院重庆绿色智能技术研究院创新提出双波长原位激光强化复合增材制造新原理，创新传统"激光成形+后置热处理"的固有范式。该技术从激光与金属粉末交互作用的底层物理机理层面实现突破，自主研发了双波长激光时空协同复合成形方法、异构双激光智能工艺规划算法、双波长共光路动态聚焦同步扫描系统等核心原创技术，成功攻克了825合金、哈氏合金等裂纹敏感性强的特种合金增材制造瓶颈。规模化应用后可实现备件库存降低80%、综合制造成本下降40%。

原位层间激光重熔（ILRPBF）

国家机器人创新中心提出在粉末床熔融过程中进行原位层间激光重熔的全新工艺策略，利用激光工艺独特的快速热循环特性调控Ti-6Al-4V合金的微观组织，无需额外后续热处理工序，在保持高强度的同时提升了合金的延展性及制造效率。

AI驱动的智能化制造

AI正深度融入增材制造全流程：

• InShaPE项目将AI驱动的光束整形与多光谱成像结合，实时捕捉不同波长的热信号监控熔池状态，在发生工艺问题时快速触发纠正措施。
• Fraunhofer ILT利用自学习系统优化LPBF和LMD工艺，实现从"监控"到"自主决策"的跨越。
• 机器学习模型对孔隙检测的平衡准确率已超90%，对致密度预测的平均绝对误差低至0.0108。

计算全息光场体积打印（DISH）

清华大学戴琼海院士团队于2026年2月在Nature发表突破性成果，开发出DISH三维打印技术，曝光时间仅需0.6秒，创下新纪录（远超传统体积打印30秒的水平）。该技术景深从传统的50微米拓展至1厘米，光学分辨率在1厘米范围内始终保持11微米，最细独立特征可达12微米。其革命性意义在于可直接在流体管道内实现批量、连续打印，兼容从近水粘度稀溶液到高粘度树脂的各类材料。

瑞士EPFL团队也实现了新型全息3D打印技术突破，将光能利用效率提升至传统振幅调制的70倍，仅用150毫瓦激光二极管即可在2分钟内打印最大3×3×4 cm³的物体。

重点行业应用进展

航空航天

航空航天是激光增材制造最成熟的应用领域：

• GE LEAP燃油喷嘴：每年生产1000件，实现约25%减重、20个零件集成为1个，被认为是金属增材制造的里程碑。
• 商业航天批量生产：铂力特已助力蓝箭航天、东方空间、九州云箭等多个商业航天客户完成发射和飞行任务，多个项目已进入批量生产阶段，应用场景涵盖可重复使用液氧甲烷火箭、固体/液体运载火箭、立方星部署器等。
• 太空金属3D打印：2026年1月，中科院力学所利用力鸿一号遥一飞行器完成我国首次太空激光熔丝金属增材制造实验，标志着太空金属制造技术从地面验证迈入太空工程验证新阶段，推动航天器从"地造天用"向"天造天用"转变。
• 无人机轻量化构件：直接激光烧结（DLS）技术在无人机领域快速增长，用于制造聚酰胺和聚苯乙烯无人机构件，实现复杂气动外形的轻量化制造。

医疗健康

• 定制化骨科植入物：Stryker利用LPBF技术制造仿松质骨多孔结构的钛合金椎间融合器，促进骨整合。
• 世界首例定制式钛合金全距骨假体：空军军医大学联合激光冲击强化团队完成了世界首例定制式钛合金全距骨假体的临床应用。
• NiTi形状记忆合金器件：华中科技大学团队通过层间交替LPBF策略，首次实现NiTi合金中Ti₄Ni₂Ox析出相形貌的可控调控，使形状记忆比率跃升至98.8%，为定制化血管支架、骨科器械等开辟新路径。
• 齿科与手术导板：EOS PEEK HP3等生物相容性材料已广泛用于齿科冠桥和患者匹配的手术切割导板，某医院将每台手术的工具盘从一打减少到一两个。

能源与石油化工

• 燃气轮机部件修复：Sulzer利用激光金属沉积技术，将闭式泵叶轮交付周期从15~20周缩短至2周以内，机加工表面使效率提升3%。
• 特种合金备件按需制造：双波长激光增材制造技术可将传统数月的备件采购周期压缩至数小时。

新能源汽车与消费电子

激光增材制造正从航空航天向汽车、模具、消费电子等领域加速渗透。铂力特2024年作为牵头单位承担国家重点研发计划项目，重点在超大尺寸复杂金属构件高效增材制造方面开展工程化应用验证。

总结

当前激光增材制造的核心演进趋势可概括为：

整体而言，激光增材制造正处于**"从原型走向批产、从替代走向创形"**的关键转折期。效率、质量和成本的同步突破，正在推动该技术从"高端小众"走向"工业主流"。