1.
中國科學院長春光學精密機械與物理研究所, 吉林 長春 130033
2.
中國科學院大學, 北京 100049
3.
中國科學院航空光學成像與測量重點實驗室, 吉林 長春 130033
基金項目:
國家重點研發計劃資助項目 No.2017YFC0822405
國家重點研發計劃資助項目 No.2017YFC0822403
中國科學院國防科技重點實驗室基金項目 No.CXJJ-19S014
折反式光學系統被廣泛應用于測量與遙感等領域。隨著科技的迅速發展，光電遙感設備的折反式光學系統[1]向著靈巧型、輕質和高分辨率方向發展，從而對折反式光學系統中光學元件的體積、重量等參數提出了更高的要求。
折反式光學系統中的光學元件通常采用碳化硅材料、微晶材料[2-3]和金屬材料，其輕量化方式是通過傳統機械加工，在不影響外形尺寸、結構完整性和滿足機械加工工藝的條件下對反射鏡進行加工去除。
碳化硅材料是航空航天領域中最常用的反射鏡材料，其具有良好的熱穩定性和比剛度，表面改性后面形精度可以達到可見光級精度要求。但是碳化硅反射鏡，從鏡坯成形，到最終的表面改性、拋光，其加工工藝路線繁瑣，加工周期較長，很難滿足快速性的要求，同時成本較高。
微晶玻璃材料反射鏡也可以獲得良好的面型精度，但是無法做到高度輕量化，另外也存在材料質地脆、熱導率低等缺點。
通過鍛造方式獲得的金屬基反射鏡，因其具有加工工藝性好、材料價格低等優勢也逐漸獲得應用，典型的金屬基材料包括鋁合金等。但是由于傳統機械加工方式的限制，鋁合金反射鏡很難同時滿足輕質和高剛度的需求，也在一定程度上限制了鋁合金反射鏡的應用。
為解決以上問題，針對折反式光學系統的光學元件，基于增材制造的鋁合金材料金屬反射鏡技術應運而生。增材制造金屬基反射鏡具有以下優勢：
(1) 增材制造金屬基反射鏡同樣具備傳統工藝制造的金屬反射鏡的優勢，例如加工工藝性好，與碳化硅等材料相比有著明顯的價格優勢等。
(2) 由于機械結構材料通常為鋁合金，增材制造反射鏡有著與之相近的熱膨脹系數，便于實現無熱化設計；
(3) 可以將拓撲優化思想應用于金屬反射鏡的設計。在金屬反射鏡設計過程中，考慮增材制造技術的工藝限制，建立拓撲優化數學模型，設計背板封閉/周邊封閉式金屬反射鏡，并對面形精度進行仿真分析，在理論上獲得增材制造金屬反射鏡的最優結構形式與面形精度。
但是增材制造金屬反射鏡由于加工設備和工藝的限制，無法制備大口徑反射鏡，同時，其比剛度也弱于碳化硅材料，在大口徑反射鏡的設計與制備上不具備優勢。
本文對增材制造金屬反射鏡的評價指標進行了介紹，分析了國內外目前基于增材制造技術制備金屬反射鏡的發展現狀，并總結了增材制造金屬反射鏡的技術路線，最后提出了增材制造金屬反射鏡的關鍵技術。
無論是通過傳統鍛造方式制備的金屬反射鏡，還是基于增材制造技術制備的金屬反射鏡，都需要明確金屬反射鏡的評價指標以判斷制備的金屬反射鏡是否滿足光學設計要求。
表面粗糙度測量是評估光學元件表面特性的重要手段，反射鏡表面的粗糙度對入射光的散射有直接的影響。通過分析反射鏡表面的粗糙度，可以評估反射鏡的總積分散射值。根據反射鏡的總散射積分理論(TIS)有[4]：
| (1) |
式中：θ為入射光角度；σ為表面粗糙度值；λ為入射光波長；
當反射鏡的表面粗糙度RMS值遠小于入射光波長，且入射光接近零度角入射時，TIS可以簡化為：
| (2) |
對于2 500 nm(紅外波段)入射光，當表面粗糙度(Ra)為8 nm時，總積分散射值近似為0.16%。
一般來說，應用于紅外波段的反射鏡表面粗糙度值優于8 nm，應用于可見光波段的反射鏡表面粗糙度值優于3 nm，對于激光級，光學表面粗糙度值需優于1 nm。
反射鏡鏡面的面形變化對光學系統的成像質量至關重要，因此面形變化的分析與評價十分必要。目前最常用的方法是峰谷值(PV)法和均方根值(RMS)法[5]。
PV值法是指變形表面相對于擬合表面誤差的峰谷值之差，可以表示為：
| (3) |
RMS值法是指所有數據點相對于擬合表面偏差的均方根值，可以表示為：
| (4) |
式中：n為節點總數；ΔZi為第i個節點相對擬合表面的偏差；ΔZ 為節點相對擬合表面的平均偏差。
一般來說，由于紅外波段波長較長，反射鏡面形對光學成像質量的影響較小，而可見光波段波長較短，對反射鏡面形的要求較高。通過光學仿真軟件對反射鏡的面形進行公差分析，在保證成像質量(紅外光學傳函優于0.1，可見光學傳函優于0.2)的前提下，對于在紅外波段應用的反射鏡，其在重力作用下的裸鏡面形精度指標為：PV≤λ/2，RMS≤λ/10(λ=632.8 nm)；對于在可見光波段應用的反射鏡，其在重力作用下的裸鏡面形精度指標為：PV≤λ/8，RMS≤λ/40(λ=632. 8 nm)。
金屬反射鏡在經過單點車工序之后，會在反射鏡表面殘留刀痕。殘留的單點車刀痕會影響光學表面的性能，從而產生衍射效應和雜散光。
可以使用功率譜密度(PSD)分析來估計反射鏡表面的定向散射效應[6, 7]。理想狀態時，PSD曲線為一條斜率為負的直線。由于存在周期性單點車刀痕，PSD曲線會存在顯著的峰值，因此，可以通過PSD曲線的趨勢來評估金屬反射鏡表面的定向散射效應。
國外對于基于增材制造技術的金屬反射鏡研究已經比較成熟，主要集中在金屬反射鏡基體設計研究和增材制造金屬反射鏡基體后處理研究等方面。
國外研究人員利用增材制造技術實現了反射鏡基體的設計與制備。不同于傳統反射鏡的輕量化結構，增材制造反射鏡可以實現背部/周邊近似封閉結構的形式。
美國硅谷的一家增材制造公司——太空制造公司，正致力于研究在太空中利用增材制造技術制造零部件，比如反射鏡、桁架、用于地面通信的光纖等航天器結構部件[8]。
2015年，美國康寧公司通過增材制造技術制備了一個蜂窩狀輕質高性能鋁鏡，如圖 1所示，其輕量化形式與傳統金屬反射鏡輕量化形式相同，都采用了背部蜂窩狀輕量化結構[9, 10]。與傳統金屬反射鏡基體制備相比，增材制造技術提高了反射鏡基體的加工成形效率。
圖 1 背部蜂窩輕量化結構反射鏡
Figure 1. Honeycomb lightweight structural mirror
德國弗勞恩霍夫激光技術研究所提出了一種應用增材制造技術制備金屬反射鏡的技術路線。其在反射鏡加工成形的過程中，在內部預留出復雜的流道，使其可以應用于水冷鏡等領域，如圖 2(a)所示。該成形工藝無需傳統復雜的模具或焊接工藝，提高了加工效率，減小了內應力。同時，其設計了可以通過增材制造技術而制備的高度輕量化的金屬反射鏡，整個反射鏡呈夾層式的封閉蜂窩狀結構，通過內部加強筋上的孔使所有蜂窩狀空間連通起來，保證能夠順利排粉，如圖 2(b)所示[11]。與傳統金屬反射鏡的背部輕量化形式相比，該結構提高了反射鏡的剛度。
圖 2 增材制造金屬反射鏡概念設計
Figure 2. Concept design of additively manufacturing metal mirror
M. Sweeney等人總結了將增材制造技術應用于金屬反射鏡制造的優勢，增材制造技術可以大大縮短加工時間，節省加工材料，同時擁有與鑄造相同的尺寸穩定性和均勻性，其可以通過進一步的精加工和熱處理，保證在光學領域應用的尺寸穩定性。另外，M. Sweeney等人完成了增材制造金屬反射鏡的設計與制備，如圖 3所示。通過設計背部封閉的結構形式，提高金屬反射鏡的剛度與輕量化程度。在增材制造工序中，采用45°放置形式，實現了反射鏡內部支撐筋的自支撐，同時減少了激光加工時每層熔化粉末的數量，減小了內應力[12]。
圖 3 增材制造金屬反射鏡的設計與制備
Figure 3. Design and preparation of additively manufacturing metal mirror
2017年，E.Hilpert等人通過對比5種結構形式的金屬反射鏡，分析了增材制造技術制備金屬反射鏡的優勢，金屬鏡材料為AlSi12。5種結構形式分別是實體結構反射鏡、側面鉆孔結構反射鏡、背板封閉式蜂窩結構反射鏡、背板開放式蜂窩結構反射鏡、背板封閉式中空結構反射鏡。背板封閉式蜂窩結構反射鏡口徑為86 mm，可獲得63.5%的輕量化。對增材制造反射鏡的穩定性進行了研究，將反射鏡在合適的條件下保存2年，反射鏡的面形PV值從108.9 nm變化為161 nm，RMS值從12.5 nm變化為12.4 nm，保證了良好的穩定性[13]。圖 4為背板封閉式蜂窩結構反射鏡模型和樣件。Matthew Brunelle等人通過3D打印分別制備了圓形和方形反射鏡，主要應用于紅外波段。圖 5(a)為設計的圓形反射鏡背部輕量化結構，采用FeNi36材料，FeNi36這種材料的線膨脹系數很小，可以在低溫光學和空間環境中應用。對制備完的反射鏡鏡面進行表面缺陷的研究，對反射鏡鏡面進行了微觀掃描，發現表面沒有達到100%致密，仍有尺寸接近9 μm的孔洞，如圖 5(b)所示，如果應用于可見光波段，表面需要鍍膜改性[14]。
圖 4 背板封閉式結構反射鏡模型(a)和樣件(b)
Figure 4. Model (a) and prototype (b) of backplane closed structure mirror
圖 5 FeNi36反射鏡和表面缺陷
Figure 5. FeNi36 mirror and surface defects
增材制造技術的一大優勢是可以實現最優化結構制備，將拓撲優化思想與增材制造技術相結合，可以實現反射鏡的最優結構設計。國外針對金屬反射鏡的拓撲優化設計進行了大量的研究。
J. Mici等人將拓撲優化思想應用在增材制造金屬反射鏡上，對金屬反射鏡進行了優化分析與設計，并且在設計過程中，考慮了熱傳導等問題，分析了不同結構下，金屬反射鏡的溫度梯度分布[15]。
2019年，E.Hilpert等人在傳統輕量化方式的基礎上，充分利用增材制造技術特異成形的優勢，對反射鏡的輕量化形式進行優化設計和分析，使其在保證金屬反射鏡剛度的情況下，實現了60.5%的輕量化，輕量化形式如圖 6所示[16]。
圖 6 反射鏡內部支撐結構優化前后結果
Figure 6. Internal support structure of mirror before and after optimization
德國Hartung等人根據光學設計需要，將離軸三反光學系統的主鏡和三鏡作為一個光學元件，并通過增材制造技術進行制備。通過優化光學元件內部的加強筋結構，獲得了輕量化程度更高的結構形式，如圖 7所示[17-18]。
圖 7 一體式金屬反射鏡三維結構
Figure 7. 3-D structure of one-piece metal mirror
美國M.Roulet等人通過增材制造技術制備應用于航空領域的金屬反射鏡，通過CAD軟件設計了基于增材制造技術的弓形金屬反射鏡原型，如圖 8所示，并仿真對比了弓形金屬反射鏡與傳統機械加工成型的蜂窩式金屬反射鏡的鏡面法向位移，基于增材制造技術的弓形金屬反射鏡獲得了更好的仿真結果，面形精度更高。同時，通過拓撲優化方法對內部弓形支撐柱進行設計，獲得了不同體積分數下的不同結構形式。這種創新技術可以應用于后續的金屬反射鏡拓撲優化設計中[19-20]。
圖 8 弓形支撐設計
Figure 8. Bow-type support design
C. Atkins等人對基于增材制造技術的拓撲優化進行了研究。其充分利用增材制造技術的成形優勢，提出了一種將沃羅諾伊細胞(Voronoi Cells)形式應用于反射鏡的輕量化形式，可以獲得更穩定的結構，圖 9為設計的沃羅諾伊細胞輕量化結構的二維視圖?？拷瓷溏R鏡面一側設計更密集的加強細胞，而靠近反射鏡背板一側支撐結構變得疏松，以此來獲得更高的輕量化程度和更高的剛度[21]。
圖 9 沃羅諾伊細胞輕量化結構
Figure 9. Voronoi cell lightweight structure
2014年，美國康寧公司提出了基于6061-T6合金基底的表面改性工藝，其提供了包括由基板支撐的性能增強涂層的光學元件以及制造該光學元件的方法。性能增強涂層可以包括Al或Al的合金，涂層可以為一層或者多層，處理后表面RMS粗糙度小于40 ?[22]。
2017年，美國國家航空航天局H. Philip Stahl在可見/紅外望遠鏡的先進光學系統和制造技術報告中提出了利用增材制造技術制備高輕量化的非球面鏡，通過激光選區燒結AlSi10Mg粉末制備500 mm口徑的反射鏡，如圖 10所示。通過金剛石單點車對基體進行加工，其應用領域為深空光通信(DSOC)、類地行星搜索等，也可以應用在其他需要低造價高輕量化光學元件的科學領域[23]。
圖 10 增材制造非球面反射鏡
Figure 10. Additively manufacturing aspherical mirror
E.Hilpert等人對制備好的反射鏡基體進行機械加工、單點車(SPDT)等后處理工序，經過表面改性后，在拋光工序上先采用磁流變拋光進行修行，然后通過化學機械拋光工藝來提高表面粗糙度，最后獲得了良好的面形和表面粗糙度。圖 11(b)為單點車加工后的反射鏡。制備的鋁金屬反射鏡的表面粗糙度為0.4 nm，面形RMS值為12.5 nm[13]。該反射鏡通過機械加工-單點車-改性-拋光工藝流程制備，可以獲得滿足可見光波段光學指標要求的表面粗糙度。
圖 11 (a) 增材制造反射鏡單點加工過程及(b)加工后產品
Figure 11. (a) SPDT process of mirror and (b)mirror obtained after SPDT
2015年，亞利桑那大學H. Herzog等人提出了基于增材制造技術的金屬反射鏡的工藝流程，并提出了通過熱等靜壓技術來提高金屬反射鏡致密度的方法，并對反射鏡直接進行了單點車和拋光等后處理加工工藝，在沒有進行表面改性鍍膜的情況下，獲得了良好的光學鏡面質量，圖 12為增材制造反射鏡拋光中和拋光后的示意圖。制備的鋁金屬反射鏡的表面粗糙度為22 nm，P-V值為255 nm[24]。該反射鏡通過機械加工-單點車-拋光工藝流程制備，由于沒有進行表面鍍膜改性，粗糙度無法滿足可見光波段的光學指標要求。
圖 12 增材制造反射鏡拋光加工
Figure 12. Polishing process of additively manufacturing mirrors
美國G. Leuteritz等人對基于增材制造的反射鏡的后處理工藝進行了研究，對比了3種后處理方式處理后的樣件表面RMS粗糙度，討論了更適用于利用增材制造技術制備的后處理工藝[25]。
2018年，C.Atkins等人通過增材制造技術制備了應用結構優化算法的AlSi10Mg金屬反射鏡，金屬反射鏡的直徑為40 mm，高度為6 mm，為了獲得致密度更高的光學表面，通過在反射鏡表面鍍NiP改性層來進行鏡面改性處理，圖 13(a)為通過改性拋光后制備的增材制造反射鏡，反射鏡重量僅為11.7 g，面形RMS值為31 nm[2, 26-27]。
圖 13 金屬反射鏡的改性和拋光
Figure 13. Modification and polishing of metal mirrors
Eberle等人對表面鍍NiP增材制造反射鏡進行了穩定性的研究，基體材料為AlSi40。由于NiP鍍層和基體材料有著相近的熱膨脹系數，在低溫環境下仍然具有很好的穩定性，所以可以被應用在低溫光學等領域[28]。
綜合上述國外文獻資料，總結了基于增材制造技術制備金屬反射鏡的技術參數，如表 1所示。主要列舉了國外研制的增材制造金屬反射鏡的基體材料、口徑、表面粗糙度和面形質量等相關參數。
表 1 增材制造金屬反射鏡技術參數
Table 1. Technical parameters of additively manufacturing metal mirror
| 研制公司 | 基底材料 | 口徑 | 改性鍍層材料 | 面形精度 | 粗糙度 | 定向散射 |
| 美國康寧公司[9, 23] | AlSi7Mg0.3 | 20 mm | Al/Al-alloy | 30.3 nm (PV) 1.5 nm(RMS) | 1~4 nm | 消除 |
| 英國天文科技中心[19, 21, 26-27] | AlSi10Mg | 40 mm | NiP | 16 nm(RMS) | 1.9 nm | / |
| 德國弗勞恩霍夫激光技術研究所[13] | AlSi12 | 200 mm | NiP | 12.5 nm(RMS) | 0.4 nm | 未消除 |
| 德國弗勞恩霍夫激光技術研究所[16] | AlSi40 | 200 mm | NiP | 7.3 nm(RMS) | 0.4 nm | / |
| 坎普望遠鏡光學有限公司[28] | AlSi40 | 210 mm | NiP | 300 nm(PV) 74 nm(RMS) | / | / |
| 通用電力公司[12] | AlSi10Mg | 150 mm | / | 43.2 nm(RMS) | 7 nm | / |
| 亞利桑那大學[15, 24] | AlSi10Mg | 220 mm | / | 255 nm (PV) | 22 nm | / |
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針對國外對增材制造金屬反射鏡基體后處理的研究，可以得出增材制造反射鏡的特點：
(1) 增材制造反射鏡基體的加工工藝性良好，可以直接進行單點車、離子束修形等加工工藝。
(2) 可在增材制造反射鏡上直接鉆孔或攻絲，易于實現反射鏡體與支撐結構的一體化設計。
(3) 增材制造反射鏡基體的內應力可以通過合適的熱處理工藝釋放，具有良好的尺寸穩定性，可以滿足反射鏡的使用要求[12-13]。
(4) 增材制造反射鏡不進行表面改性，僅通過單點車和拋光工藝加工，表面面形精度可以滿足紅外和可見光波段的需求，但是表面粗糙度僅有7~22 nm[12, 15, 24]，無法滿足可見光波段的需求。這是因為反射鏡基體的致密度不足，存在激光選區熔化過程中生成氣孔等問題。后續研究可以在增材制造反射鏡的成形工藝參數和熱等靜壓處理參數方面進行進一步的研究和優化，提高增材制造反射鏡基體致密度，期望獲得無需表面改性鍍膜就可以滿足可見光波段應用的增材制造反射鏡基體。
(5) 目前，為了獲得滿足可見光波段的鏡面指標，反射鏡鏡面需要經過表面改性鍍膜處理。
近幾年，國內的金屬增材制造技術有了很大的進展，對AlSi10Mg合金粉末增材制造成形工藝和力學性能進行了大量的研究。中國航發北京航空材料研究院唐鵬鈞等人對激光選區熔化AlSi10Mg樣件進行室溫拉伸測試，試件的抗拉強度達到442 MPa[29]?？臻g光電技術研究所丁瑩等人對比了CO2 LSF制備和YAG LSF制備方式對AlSi10Mg試樣力學性能的影響，YAG LSF制備的AlSi10Mg力學性能較好，試件沉積態的抗拉強度為356 MPa，T6熱處理后，抗拉強度為376 MPa[30]。由此看出，AlSi10Mg合金力學性能優于壓鑄鋁合金，力學性能可以滿足反射鏡制備的基本要求。
國內對于將拓撲優化思想與增材制造方法相結合進行了大量的研究。大連理工大學劉君歡等人提出了面向增材制造的拓撲優化設計方法，提出了將拓撲優化理念與增材制造加工方法相結合，并通過數值算例進行了證明[31]。胡瑞等人提出了將拓撲優化方法應用于空間反射鏡結構設計，并針對背部開放式和背部封閉式空間反射鏡進行了理論分析，建立了反射鏡鏡面背部結構與反射鏡面形精度的數學模型，并通過3D打印方式制備了塑料的反射鏡樣件[32]。
綜上所述，國外對于增材制造反射鏡有了一定的研究基礎，但是主要集中在實驗室階段，尚未應用于實際項目中。而國內對于增材制造反射鏡的研究較少，事實上，國內已經將金屬反射鏡應用于航空航天領域，如風云系列衛星中的掃描鏡[33]、昆明物理所謝啟明等人研制了口徑為235 mm的非球面鋁合金反射鏡[34]等。增材制造反射鏡與傳統加工工藝制造的金屬反射鏡相比，有著獨特的優勢，可以更好地服務于航空航天領域。隨著國內金屬增材制造領域的發展，將增材制造技術應用于金屬反射鏡的制造將會成為增材制造技術的一個研究方向。
根據國外有關金屬反射鏡的典型應用和研究進展，總結了金屬反射鏡制備的技術路線，如圖 14所示。對于中、長波金屬反射鏡的制備，無需進行表面鍍膜改性，在增材制造反射鏡基體上直接通過單點車的方式就可以獲得滿足紅外波段光學指標的面形精度和表面粗糙度。對于應用于可見和短波紅外波段的金屬反射鏡，由于增材制造反射鏡基體的致密度滿足不了光學指標要求，需要在單點車工序后在反射鏡表面進行鍍膜改性，通過在表面鍍致密的改性層，再經過后續的加工來獲得所需的表面粗糙度和面形精度。
圖 14 增材制造金屬反射鏡工藝路線
Figure 14. Process route of additively manufacturing mirror
增材制造技術作為先進的特種加工技術，在制造工藝上也對結構設計有特殊的要求，設計者在設計過程中需要遵循相應的工藝要求。尺寸約束不僅廣泛存在于傳統制造加工工藝中，對于增材制造工藝也有相應的約束。過小的尺寸會導致整體結構薄弱。對于反射鏡來說，在重力作用下，會造成面形變化，導致其無法滿足光學設計的要求。
支撐的設計是增材制造技術中需要注意的關鍵點之一。合理設計內部結構以及打印方向，減少支撐的使用量，甚至實現結構自支撐，可有效減少制造成本，加快制造進程。如果外形存在懸梁式結構，通常需要添加支撐材料來避免坍塌，制備結束后再將支撐材料去除，因此外部的支撐結構需要很容易的被去除，以完成反射鏡的加工。
在激光選區熔化加工過程中，會存在少數的粉末顆粒沒有完全熔化而形成的孔洞，表面的孔洞會對反射鏡的表面粗糙度造成影響，因此，在鏡面光學加工之前，需要經過進一步的致密化處理，消除金屬反射鏡內部宏觀和微觀的孔洞缺陷，提高增材制造金屬反射鏡的致密化程度。
通過熱等靜壓技術(HIP)處理增材制造金屬反射鏡可以提高其致密度。熱等靜壓技術通常應用于鍛造工件的致密化，也同樣可以應用于增材制造工件的后處理。熱等靜壓技術處理參數不同，增材制造金屬反射鏡在單點車加工后的表面粗糙度也會不一樣。一般來說，單點車加工后可以得到5 nm~22 nm的表面粗糙度。所以需要選取更合適的處理參數，來獲得更優的表面粗糙度。過高的熱等靜壓處理壓力會使處理樣件變形，而過低的處理壓力無法起到致密化的作用。優選的熱等靜壓處理參數可以獲得更優的表面粗糙度，使金屬反射鏡滿足在可見光波段下的應用。
應用于航天環境的光學元件，由于環境溫度不會劇烈變化，對金屬反射鏡的穩定性要求不苛刻。但是在航空環境條件下部署的金屬反射鏡，由于航空工作環境惡劣，溫差大，要求折反式光學系統的光學元件需要具有較寬的溫度適應范圍，這就需要通過熱處理技術來使增材制造金屬反射鏡穩定化，以減小材料內應力。
由于增材制造金屬反射鏡的制備粉末材料通常為AlSi10Mg或AlSi12等，與傳統6061材料的成分不同，因此需要更優化的熱處理技術來對反射鏡基體進行處理，來消除因增材制造加工過程中激光熔融粉末成形而產生的熱應力。
由于增材制造金屬反射鏡基體表面粗糙度無法滿足可見光波段的要求，為了獲得更高的表面致密度，需要通過鏡面改性技術，使其獲得光滑、平整和致密的光學鏡面。國內外對于鋁合金基體采用的表面鍍膜改性方案如表 2所示。表中列出的對6061材料基體采用的表面鍍膜改性處理方法也可以用于增材制造鋁材料基體的表面鍍膜改性。
表 2 鋁合金反射鏡改性參數
Table 2. Modification parameters of aluminum alloy mirror
| 研制公司 | 基底材料 | 改性鍍層材料 | 鍍層厚度 |
| 美國雷神公司[35-36] | 6061- T6 | 非晶硅和/或鎳鉻鍍層 | 0.5~0.6 μm |
| 美國雷神公司[37] | 6061- T6 | NiP | 2~3 μm |
| 美國康寧公司[9, 23] | AlSi7Mg0.3 | Al/Al-alloy | 30~300 μm |
| 英國天文科技中心[19, 21, 26-27] | AlSi10Mg | NiP | / |
| 德國弗勞恩霍夫激光技術研究所[13] | AlSi12 | NiP | / |
| 德國弗勞恩霍夫激光技術研究所[16] | AlSi40 | NiP | 20 μm |
| 德國弗勞恩霍夫激光技術研究所[38] | 6061-T6 | NiP | 20 μm |
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增材制造技術不僅可以用于金屬反射鏡的制備，也可以應用于其他材料光學元件的制備，比如陶瓷反射鏡[39-40]、多聚物透鏡和液體透鏡[41]等。因此，隨著增材制造技術的進一步發展，將增材制造技術應用于光學元件的制備具有重要意義。
本文分析了金屬反射鏡的評價指標，綜述了增材制造金屬反射鏡的研究進展，歸納和總結了增材制造金屬反射鏡的技術路線，最后分析了增材制造金屬反射鏡的關鍵技術。雖然國內外增材制造金屬反射鏡還沒有投入工程應用，但是隨著金屬反射鏡基體熱處理工藝和表面改性處理工藝的不斷完善，金屬反射鏡基體的尺寸穩定性和環境適應性會不斷提高，使其可以應用于可見光乃至激光等領域，有著廣泛的應用前景。
