1千瓦、780纳米的砷化镓（GaAs）基二极管激光模块可用于铝的熔化。弗劳恩霍夫应用固体物理研究所（FBH）的科学家们携手其工业合作伙伴，在可用于铝熔化的直接二极管增材制造（AM）激光模块领域取得了显著进展。 这些模块是专门为克服现有光纤或钇铝石榴石（YAG）激光系统的弊端而量身定制的。现有系统占地面积大，且需借助光纤将激光功率传输至工作表面，而光纤极易出现故障。 今年于慕尼黑举办的CLEO/欧洲会议以及激光世界光子学贸易展上，报道了这些重要进展。

FBH团队研发出一种紧凑的、连续波1千瓦的直接二极管工艺头，其工作波长为780纳米，此乃铝吸收效率最高的波长。 该系统采用了高效的砷化镓基二极管激光器，其孔径极为宽阔，故而能够发射出较高的单片功率。 这些器件被夹置于两个散热器之间，随后进行堆叠。大型通道水冷器从侧面吸取热量，从而形成堆叠模块（见上图）。 每个二极管激光器均进行了单独的快速轴准直，其设计经过精心定制，使得从堆栈发射出的光束呈对称状，且与应用需求相契合。

在第一阶段的功率缩放方面，两个堆叠模块进行了几何组合。通过偏振光束组合实现进一步的功率缩放仍具有可行性。 加工头还配备了光束整形光学器件，用于将光束传递至工作表面，同时设有用于视觉过程控制的路径相机。 第一代工艺头已移交至项目合作伙伴光子激光制造公司（PLM）。它被安装在机械臂上，并由项目合作伙伴SKDK GmbH研发的控制软件进行操控。 该组件能够在1平方毫米的位置提供1千瓦的连续波功率。

在会议上，FBH汇报了运用这种新工艺头开展增材制造试验的首批成果：在基板上以7毫米/秒的送丝速度3D打印出一个测试结构。 最终的结构高度为3毫米，由10层熔化的金属构成。

在进行工艺演示的同时，该团队还通过优化二极管激光器本身来提升模块的转换效率和亮度。 在不改变外延层结构的前提下，对具有更窄条纹宽度（从1.2毫米缩减至0.8毫米）、更短谐振腔长度（从6毫米缩短至4毫米）以及更高前面反射率（从0.8%提升至4%）的器件进行了评估。 在使用两个堆叠模块的实验室演示中，团队表明，这些改进措施将转换效率从1千瓦功率时的35%提高至50%，并将光斑大小从1平方毫米减半至0.5平方毫米。 因此，焦点区域的功率密度实现了翻倍，从1千瓦/平方毫米提升至2千瓦/平方毫米。

这项工作得到了“琥珀利润创新”项目SAMBA的支持，该项目由柏林欧洲区域发展基金（ERDF）共同资助，合同编号为10193579。

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