在現代工業中，銅作為一種關鍵的金屬材料，憑借其優異的導電性、導熱性和耐腐蝕性，在航空航天、電氣電力、汽車制造等多個領域發揮著不可或缺的作用。然而，隨著金屬3D打印技術的蓬勃發展，如何實現銅件的高效、高質量打印，正成為行業亟待攻克的重要難題。而這一難題的核心，正與打印過程中所使用的激光波長密切相關。

銅對不同波長激光的吸收差異

金屬材料對不同波長的激光有著明顯不同的吸收表現，一般來說，激光波長越短金屬對其吸收率越高。實測數據顯示，在室溫條件下，銅對近紅外光(波長范圍1020-1080nm)的吸收率不到5%，而對綠光(波長范圍515-535nm)可達40%左右，對藍光(波長范圍440-460nm)的吸收率則能達到50%。這意味著，相比近紅外光，使用波長更短的綠光或藍光，可以顯著提升銅的能量吸收效率，使其更容易被加熱和熔融，從而為高質量的3D打印提供了可能。

△圖1、各種金屬材料在不同波長激光下的吸收率（%）(資料來源:公大激光)

近紅外激光：成熟技術背后的隱憂

當前，市場上的金屬3D打印機大多采用近紅外光作為主要光源。近紅外激光器技術成熟、輸出功率高，且成本相對可控，這些優勢使其在金屬3D打印領域得到了廣泛應用。然而，銅對近紅外光吸收率低的特性，也給實際打印帶來了諸多局限。為了彌補銅對近紅外光吸收率低的不足，廠商通常會選擇提高激光功率，以確保材料能夠順利熔融。然而，當銅被加熱到約1400K時，吸收率會突然升高，導致內部劇烈變化，容易引發粉未飛濺、材料塌陷或產生氣孔等問題，這些現象會直接影響打印件的致密度和表面質量，使最終成品難以達到預期效果。

△圖2、銅在1064nm近紅外光照射下的表面吸收率隨溫度變化曲線(資料來源:LASER FOCUS WORLD)

△圖3、近紅外光LPBF純銅3D打印中觀察到的形變(紅圈所示)

(資料來源:DO1:10.3217/978-3-85125-968-1-02)

另一種常見的做法是盡量讓激光聚得更集中，從而增強局部的加熱效果，通常需要通過更短焦距的光學系統來實現。這在一定程度上可以彌補銅對近紅外光吸收率低的不足，但隨之而來的問題也不容忽視，銅對近紅外光的反射率很高，大量未被吸收的激光在較短的光路內會強烈反射回來，對設備內部的光學組件造成損壞，影響設備的穩定性與使用壽命，進而增加后期維護和運行成本，即使采用高質量的光學鏡片，也難以避免長期高反射帶來的損耗。

△圖4、 光學鏡面在銅材料高反射作用下12小時后出現涂層損傷

(資料來源:https://doi.org/10.1016/j.matdes.2025.113742)

藍光激光：理想方案中的技術瓶頸

從理論上看，銅對波長較短的激光吸收能力更強，使用藍光似乎是理想選擇。然而，目前藍光只能依賴半導體激光芯片產生，而單個芯片的輸出功率非常有限。為了獲得足夠的激光功率，必須將多片芯片組合起來工作，但這樣得到的光束質量較差，無法有效聚焦。光束無法有效集中，意味著聚焦后的光斑面積較大，難以形成精細的熔融區域，導致打印件在精細度方面無法達到理想水平，表面質量也較差。因此，盡管銅對藍光的吸收率高，在追求高質量銅3D打印時，藍光激光仍受制于技術瓶頸，并在相當長的一段時間內都難以在高精密金屬3D打印上獲得應用。

△圖5、 藍光DED純銅3D打印20x20x20mm立方體

(資料來源:https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.11.064)

綠光激光：恰到好處的“天作之合”

相比之下，綠光激光在銅3D打印中展現出兼顧近紅外光和藍光的獨特優勢，并克服了二者的局限。首先，綠光波長較短，銅對其吸收率與藍光相近，卻比近紅外高出一個量級，足以支撐高效熔融。其次，綠光可通過對近紅外激光進行轉換獲得，既保留了高功率輸出，又延續了優異的光束質量，充分發揮了現有紅外激光技術的成熟優勢。此外，銅對綠光的吸收率較高，且隨著溫度升高吸收率變化平緩，不會出現劇烈波動，因而能有效避免粉未飛濺或塌陷等問題，打印出的零件致密度更高表面質量也更好。

△圖6 、綠光LPBF純銅3D打印精細結構

(資料來源:希禾增材)

綠光激光在輸出模式上可分為連續和脈沖兩種，不同式在銅3D打印中的表現也各有差異。連續激光在工作過程中會持續、均勻地輸出激光，保持能量不中斷，而脈沖激光則以極短的時間間隔，間歇性釋放能量。在這兩種模式之間，還有一種被稱為”準連續”的模式，本質上屬于高重頻脈沖激光，雖然看起來像是一直在出光但在更細的時間尺度上，依然存在能量停頓，無法達到100%不間斷輸出。

△圖7 、公大激光與IPG高功率1000W綠光激光器工作模式示意圖

(資料來源:公大激光)

有研究表明，使用準連續綠光激光對銅進行熔融，當激光功率達到150W時，局部溫度可使銅汽化。由于激光以脈沖方式作用，材料內部的熔融區域會出現塌陷產生氣孔，導致焊縫的相對密度下降(Heinrich et al.2022)。這一現象在銅3D打印中同樣可能發生，在脈沖激光模式下，熔融區域的不穩定會導致孔隙率增加降低打印件的致密度，而連續激光由于能量輸入穩定能夠使溫度持續升高，有效減少了氣孔的形成，提高打印件致密性和表面質量。

各家主流短波長連續激光器聚焦能力對比

△圖8 不同類型激光器光束參數對比

(資料來源:公大激光)

圖8展示了單模連續綠光(GD'S GCL-1000-F-S-W)、多模連續綠光(Trumps1020)和藍光TruDisk(NUBURUSBL-1000-F)激光器的光束參數對比。可以看到，在相同的準直激光光束直徑和焦距(f)條件下單模連續綠光(M2=1.1)具有最佳的聚焦效果，其聚焦后的光斑直徑(Df)最小，僅為18.6um。相比之下多模連續綠光(M2=12.2)則為200um，光束質量M2值更大的藍光(M2=106.2)聚焦光斑直徑(Df)達到1500um。以上結果同樣表明，M值越接近1，光束質量越好。相同條件下，聚焦光斑直徑越小，能量就越集中，熔融區域也更穩定。綜上，單模連續綠光激光器被認為是滿足高精度、高致密度和高穩定銅3D打印的最佳選擇。

綠激光,“能”啟新篇高效領航未來智造!

綠光波長介于近紅外與藍光之間，銅對其吸收率高達40%，是近紅外激光的8倍，為銅材料加工帶來革命性突破。極大地提升了能量轉化利用率，打印效率大幅提升。

“能”效卓越

與半導體藍光相比，其優異的光束質量可實現高精度聚焦，形成穩定而精細的熔融區域，打印出的零件表面致密細膩，完美滿足高端工業制造對銅件的嚴格要求，

“能”穩全程

與近紅外光相比，綠光激光在加熱過程中吸收率變化平緩，避免了熱失控風險，減少了粉末飛濺、塌陷和氣孔等缺陷出現，顯著提高了打印件的良率。

“能”省成本

高反金屬對綠光吸收高，反射少，對設備內部光學組件的損傷低，從而延長了設備壽命，降低了維護成本和停機時間，提升了設備的可靠性和經濟性。

“能”保價值

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通知《

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