非凡士3D打印：详解5种金属3D打印技术原理和特点对比!.pdfVIP

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详解5种金属3D打印技术原理和特点对比！

随着科技发展及推广应用的需求，利用快速成型直接制造金属功能零件成为了快速成型

主要的发展方向。目前可用于直接制造金属功能零件的主要金属3D打印工艺有：包括选择

性激光烧结（SelectiveLaserSintering，SLS）技术、直接金属粉末激光烧结（Direct

MetalLaserSintering，DMLS）、选择性激光熔化（SelectiveLaserMelting，SLM）

技术、激光近净成形（LaserEngineeredNetShaping，LENS）技术和电子束选择性熔化

（ElectronBeamSelectiveMelting，EBSM）技术等。

一、选择性激光烧结（SLS）

选择性激光烧结，顾名思义，所采用的冶金机制为液相烧结机制，成形过程中粉体材料

发生部分熔化，粉体颗粒保留其固相核心，并通过后续的固相颗粒重排、液相凝固粘接实现

粉体致密化。

SLS技术原理及其特点

整个工艺装置由粉末缸和成型缸组成，工作粉末缸活塞（送粉活塞）上升，由铺粉辊将

粉末在成型缸活塞（工作活塞）上均匀铺上一层，计算机根据原型的切片模型控制激光束的

二维扫描轨迹，有选择地烧结固体粉末材料以形成零件的一个层面。完成一层后，工作活塞

下降一个层厚，铺粉系统铺上新粉，控制激光束再扫描烧结新层。如此循环往复，层层叠加，

直到三维零件成型。

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SLS工艺采用半固态液相烧结机制，粉体未发生完全熔化，虽可在一定程度上降低成形

材料积聚的热应力，但成形件中含有未熔固相颗粒，直接导致孔隙率高、致密度低、拉伸强

度差、表面粗糙度高等工艺缺陷，在SLS半固态成形体系中，固液混合体系粘度通常较高，

导致熔融材料流动性差，将出现SLS快速成形工艺特有的冶金缺陷——“球化”效应。球

化现象不仅会增加成形件表面粗糙度，更会导致铺粉装置难以在已烧结层表面均匀铺粉后续

粉层，从而阻碍SLS过程顺利开展。

由于烧结好的零件强度较低，需要经过后处理才能达到较高的强度并且制造的三维零件

普遍存在强度不高、精度较低及表面质量较差等问题。在SLS出现初期，相对于其他发展比

较成熟的快速成型方法，选择性激光烧结具有成型材料选择X围广，成型工艺比较简单（无

需支撑）等优点。但由于成型过程中的能量来源为激光，激光器的应用使其成型设备的成本

较高，随着2000年之后激光快速成形设备的长足进步（表现为先进高能光纤激光器的使用、

铺粉精度的提高等），粉体完全熔化的冶金机制被用于金属构件的激光快速成形。选择性激

光烧结技术（SLS）已被类似更为先进的技术代替。

二、选择性激光熔化（SLM）

选择性激光熔化的原理:

SLM技术是在SLS基础上发展起来的，二者的基本原理类似。SLM技术需要使金属粉末

完全熔化，直接成型金属件，因此需要高功率密度激光器激光束开始扫描前，水平铺粉辊先

把金属粉末平铺到加工室的基板上，然后激光束将按当前层的轮廓信息选择性地熔化基板上

的粉末，加工出当前层的轮廓，然后可升降系统下降一个图层厚度的距离，滚动铺粉辊再在

已加工好的当前层上铺金属粉末，设备调入下一图层进行加工，如此层层加工，直到整个零

件加工完毕。整个加工过程在抽真空或通有气体保护的加工室中进行，以避免金属在高温下

与其他气体发生反应。

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选择性激光熔化技术的优势

在原理上，选择性激光熔化与选择性激光烧结相似，但因为采用了较高的激光能量密度

和更细小的光斑直径，成型件的力学性能、尺寸精度等均较好，只需简单后处理即可投入使

用，并且成型所用原材料无需特别配制。选择性激光熔化技术的优点可归纳如下：

1．直接制造金属功能件件，无需中间工序；

2．良好的光束质量，可获得细微聚焦光斑，从而可以直接制造出较高尺寸精度和较好

表面粗糙度的功能件；