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鋪粉式金屬3D打印是金屬增材制造技術(shù)中的一個重要分支。該技術(shù)以預(yù)置于粉末平臺上的金屬粉末為原料，以零件的三維數(shù)字模型為基礎(chǔ)，利用激光或電子束等高能束，在三維模型離散出的一系列二維平面上，逐層熔融粉末，并最終制造出三維金屬零件。目前應(yīng)用最廣泛的是利用激光作為能量源的鋪粉式金屬3D打印，又稱為選擇性激光熔融（Selected Laser Melting, SLM）。

SLM加工的基本流程主要包括：

1) 生成待制造金屬零件的三維CAD模型，包括輔助支撐結(jié)構(gòu)的模型；

2) 模型按某一取向進行離散化（切片），得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，并按一定規(guī)則生成輪廓內(nèi)的填充掃描路徑，保存成STL文件；

3) 計算機逐層讀入掃描路徑信息文件，控制激光束方向按照規(guī)劃的路徑進行掃描，熔融粉末床上相應(yīng)位置的粉末，逐層生成零件，并通過控制激光功率、掃描速度等工藝參數(shù)來保證加工零件的成形質(zhì)量和性能。

圖一 

1) 打印開始前，粉末被存儲在粉末備料缸內(nèi)，打印平臺（基板）放入粉末成型缸；

2) 打印開始，粉末備料缸向上運動，送出一定量粉末，鋪粉刮刀將粉末向粉末成型缸方向刮送，在打印平臺上鋪展開，形成一層厚度均勻的粉末層；

3) 激光光源發(fā)出激光，經(jīng)聚焦光路聚焦后，通過X-Y掃描振鏡控制方向，根據(jù)STL文件中的掃描路徑，掃描平臺上的粉末層；

4) 激光能量使掃描路徑上的粉末熔融，并與基板（或前次已成型層）形成冶金結(jié)合

5) 完成一層粉末的激光掃描熔融后，打印平臺下降一層粉末高度，重復(fù)步驟2）-5），直至完成數(shù)字模型所有二維平面上的掃描，即完成了整個三維產(chǎn)品的打印。

6) 打印完成后，將成型件從粉末成型缸中取出，通過后續(xù)加工使樣件與基板分離，清除樣件內(nèi)外表面粉末。

7) 對于一些懸空結(jié)構(gòu)，需要在三維模型中設(shè)計支撐結(jié)構(gòu)，與主結(jié)構(gòu)一起打印出來。打印完成后，需要去除支撐結(jié)構(gòu)。

圖二  3D打印設(shè)備

作為金屬增材制造技術(shù)領(lǐng)域的主力軍，SLM技術(shù)具有一些明顯的優(yōu)勢特征：

1) 采用高質(zhì)量單模激光器，聚焦光斑尺寸范圍為50-200um，能量高度集中，能夠熔化大部分金屬材料，成型件致密度高（99%以上）；

2) 激光掃描速度快，微小尺寸的熔池帶來極快的冷卻凝固速度，得到均勻細小的金相組織，相比于晶粒粗大的鑄造組織，大大的提高了材料力學(xué)性能；

3) 采用53um以下粒徑的粉末，單層粉末厚度控制在20-100μm，可實現(xiàn)精密成型，成型件表面質(zhì)量好；

4) 整個工作腔被密閉于惰性氣體環(huán)境中，以避免金屬材料在高溫下氧化，適用于鈦合金等活躍金屬

5) 通過支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計，可以打印各種復(fù)雜形狀產(chǎn)品，包括帶有懸空部位的復(fù)雜曲面，含有內(nèi)部流道的結(jié)構(gòu)，鏤空復(fù)雜形狀等。

 

圖三 SLM技術(shù)制成的各種復(fù)雜形狀金屬零件

但是，SLM技術(shù)也存在一定的局限性。首先，由于激光器功率和掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度的限制，SLM設(shè)備能夠成形的零件尺寸范圍有限，目前成熟的商業(yè)設(shè)備最大可做到800 x 400 x 500 mm³成型體積；其次，SLM工藝控制技術(shù)難度較高，需要具有冶金材料專業(yè)知識的技術(shù)人員，針對性的開發(fā)特定材料工藝包，其支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計，也需要專業(yè)軟件與有經(jīng)驗的技術(shù)員，以避免支撐結(jié)構(gòu)不合理以及后期去除困難等問題；在實際工業(yè)應(yīng)用中，SLM的設(shè)備昂貴，運行維護成本較高，成型效率又偏低，一般在100cm³/h以下，無法滿足大部分產(chǎn)業(yè)的批量生產(chǎn)需求，因而更適合做個性化定制零件，以及小批量生產(chǎn)。

輝銳的SLM金屬打印服務(wù)

輝銳公司自2016年開始為客戶提供鋪粉式金屬3D打印服務(wù)，憑借公司在激光材料加工領(lǐng)域多年的生產(chǎn)研發(fā)經(jīng)驗，以及在冶金材料領(lǐng)域的知識人才儲備，公司能夠為客戶提供包括前期建模，材料工藝包開發(fā)，打印成型及后續(xù)熱處理加工在內(nèi)的全套SLM打印服務(wù)。目前已開發(fā)了不銹鋼，鋁合金、鈦合金、鎳基高溫合金、鎢合金、硅化鎂等10余種材料的SLM工藝，包括相應(yīng)的后處理工藝。

表一列出了輝銳SLM工藝制成的幾種常用材料樣品的力學(xué)性能數(shù)據(jù)。

圖四顯示了不同后續(xù)熱處理對鎳基高溫合金In718的SLM成型件的力學(xué)性能影響。

圖四 In718 SLM成型件力學(xué)性能及不同后續(xù)熱處理工藝的影響

圖五舉例給出了輝銳SLM產(chǎn)品（In625），樣品截面的金相組織?？梢钥吹讲牧辖M織100%致密，晶粒細小，由細長的樹枝晶組成。 

圖五 In626 SLM打印件截面金相組織，a），b）橫截面，c），d）縱截面