蕭威典、劉武漢／工研院材化所
直接雷射沉積(DLD)技術可以藉由雷射熔融金屬、合金或瓷金粉末材料形成塗層或所需要的三維形體，此技術是直接能量沉積的其中一種方法。直接雷射沉積技術的高能量雷射加熱源，除了可以加熱粉末材料外，並可以同時加熱基材表面形成熔池，粉末材料在送入熔池後堆積，凝固後堆疊形成所要的堆積層。直接雷射沉積技術可做為三維列印的一種，其被歸類為噴粉式的三維列印方法，具有快速成形的優點，可以快速製作大型尺寸的塗層或元件，且材料的利用率高，因此具有在各項工業領域建構大型組件或披覆塗層的優點。
【內文精選】
前 言
近年來各產業為了因應新時代的加工需求，開發了許多新型態的加工技術。其中雷射相關的加工型態，例如在銲接、切割、修補、抗磨塗層與積層製造等，廣泛應用於工程的領域，包括航太、汽車、造船、模具與生醫等產業。雷射技術在不斷地演進與改良後，現在的高能雷射技術可以快速地、準確地加熱飛行中的粉末顆粒，並且同時熔融基材表面形成熔池，快速堆疊形成所要的堆積層或三維形體。雷射沉積(Laser Deposition)三維形體的製作技術屬於積層製造技術的一種。積層製造技術又可稱為3D列印技術，以此種技術製造的3D金屬元件，提供了工業上生產更為複雜零件的可行性；此技術藉由層與層的堆疊方式，逐步堆疊出複雜結構形體的3D元件，可以結合兼具實用性與美學特性的獨特組合設計。
直接雷射沉積(DLD)製作方式是利用雷射光直接加熱熔融材料，堆疊成為所需的表面層或元件形體的加工方式，此技術製造方式屬於直接能量沉積(DED)技術的一種。直接雷射沉積的示意圖如圖一所示。
圖一、直接雷射沉積示意圖
技術優點
直接雷射沉積的方式是將材料熔融後附著於基材上，因此材料的利用率高，圖二所示為直接雷射沉積製作過程的外觀。與傳統的機械加工生產製造方法相比，傳統的製造方法在生產過程中浪費掉的材料可能高達50%以上，而直接雷射沉積的方式可以用節省昂貴材料成本的方式製作，避免材料的浪費。例如航太、半導體、LCD、模具、發電及生醫等產業，其元件的材料及製作成本高，因此如果可以降低材料成本，或是在元件局部損壞時進行修補，則可以降低生產製造或運作時的成本。
技術原理
直接雷射沉積技術是一種利用雷射於表面加熱產生熔池並將金屬粉末熔融沉積的技術，此技術在開發的過程中，因為各種堆積過程或應用的差異，而有不同的名稱出現。直接雷射沉積技術以噴粉式的3D列印方法為主，藉由雷射束熱源的加熱熔融粉末材料，將熔融的材料沉積在基底材料上，建構三維的元件，如圖一直接雷射沉積成形過程的示意圖所示。
直接雷射沉積設備可以個別為客戶量身設計，打造訂製的系統，此系統一般來說是由粉末進料器、雷射源、保護氣體、粉末噴嘴和移動控制系統所組成，其中移動控制系統部分可以配合需求進行調整，包括移動床台、機器人或旋轉台等，系統的組成可由圖四的直接雷射沉積系統示意圖一窺系統的組裝概況。
圖四、直接雷射沉積系統示意圖
技術應用
直接雷射沉積技術的應用可以簡單區分為3D列印製造新元件與在元件表面進行塗層堆疊或修補。直接雷射沉積技術在3D列印製造新元件時，需要有一承載的基材做為3D元件製作時的載體，在3D元件製作後，可以將載體的部分切除，如果不切除的話，載體本身亦可以成為元件的一部分。因此直接雷射沉積技術可以在其他元件上附加其他形體的3D列印元件，或在現有元件上添加額外的功能，亦可以用於覆蓋塗層及修復元件。
直接雷射沉積技術可應用於需要昂貴生產、組裝或維修費用等的高價值元件上，可避免過度機械加工造成的材料損失。目前已應用直接雷射沉積技術進行製造的工業，包括在海洋、航海、發電、石化、航空或汽車工業等的應用，較具體應用有航空發動機零組件的修補與製造、渦輪發動機葉片修補、燒結用模具的修補、石油鑽井相關元件的表面硬化層堆疊、生醫用植入物、複雜元件的製造、新合成的材料開發與快速原型製造等…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》402期，更多資料請見下方附檔。