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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(gè)重要分支。該技術(shù)以預(yù)置于粉末平臺(tái)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(jìn)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(jì)算機(jī)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(jìn)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(guò)控制激光功率、掃描速度等工藝參數(shù)來(lái)保證加工零件的成形質(zhì)量和性能。

圖一顯示了一臺(tái)典型的鋪粉式金屬3D打印機(jī)的構(gòu)造，其各部分通過(guò)以下步驟協(xié)同工作：

圖一 

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

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(shì)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(lái)極快的冷卻凝固速度，得到均勻細(xì)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(shí)現(xiàn)精密成型，成型件表面質(zhì)量好；

4) 整個(gè)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

圖二 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(shí)的技術(shù)人員，針對(duì)性的開發(fā)特定材料工藝包，其支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，也需要專業(yè)軟件與有經(jīng)驗(yàn)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(wèn)題；在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，SLM的設(shè)備昂貴，運(yùn)行維護(hù)成本較高，成型效率又偏低，一般在100cm³/h以下，無(wú)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(gè)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(yàn)，以及在冶金材料領(lǐng)域的知識(shí)人才儲(chǔ)備，公司能夠?yàn)榭蛻籼峁┌ㄇ捌诮?，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)。

圖三 In718 SLM成型件力學(xué)性能及不同后續(xù)熱處理工藝的影響

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

圖四 In626 SLM打印件截面金相組織，a），b）橫截面，c），d）縱截面

支撐與打印姿態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)

專用材料工藝包打印成型

后處理及成型件檢測(cè)

輝銳SLM打印一站式服務(wù)與產(chǎn)品展示 – 案例二

零件3D模型拆解

材料工藝包打印成型

后處理及裝配