【編者按】相比于大數(shù)據(jù)、VR、人工智能自幕，如今的3D打印其實算不上很新的技術(shù)了，這項技術(shù)已經(jīng)走過了30多年的歷史幌扁。那么金屬3D打印里面到底有幾多千秋振袋？不同的金屬3D打印技術(shù)又在打印材料和冶金領(lǐng)域有著怎樣的差異？憎茂、

相比于大數(shù)據(jù)珍语、VR、人工智能竖幔，如今的3D打印其實算不上很新的技術(shù)了板乙，這項技術(shù)已經(jīng)走過了30多年的歷史。那么金屬3D打印里面到底有幾多千秋拳氢？不同的金屬3D打印技術(shù)又在打印材料和冶金領(lǐng)域有著怎樣的差異募逞？

與金屬增材制造相關(guān)的最早的一項3D打印技術(shù)是SLS－選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，當(dāng)時是用來燒結(jié)塑料粉末馋评。而在1990年放接，Manriquez－Frayre和Bourell實現(xiàn)了通過SLS技術(shù)打印金屬制品的應(yīng)用。

發(fā)展到今天留特，當(dāng)我們一提起金屬3D打印的時候透乾，通常指的是SLM－選擇性激光融化技術(shù)，而SLS技術(shù)更多的用來燒結(jié)金屬之外的其他材料磕秤。

SLM技術(shù)是如此的讓人著迷，以至于我們忽略了另外一項金屬3D打印技術(shù)DED－直接能量沉積技術(shù)捧韵，通過電子束景姓、等離子或者是激光將金屬絲／粉末融化通過焊接的方式將金屬產(chǎn)品以近凈形的方式制造出來。

選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)是德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的Carl Deckard博士和學(xué)院顧問Joe Beanman博士在1984年申請的社衰。3D Systems通過收購的方式從DTM手中獲得了此項技術(shù)瘫盹，但在2014年專利過期后，新涌現(xiàn)的3D打印機制造商旨在使SLS這一昂貴的工業(yè)打印工藝走下了神壇桃旷。

SLM選擇性激光熔化的創(chuàng)始專利來源于德國Fraunhofer Institute所有的激光技術(shù)研究院也较，而該專利的到期日是2016年12月。EOS在1995年推出了第一臺商業(yè)SLM設(shè)備，并且通過取得3D Systems專利授權(quán)的方式獲得了SLS技術(shù)專利的使用權(quán)利晚乙。另外一家公司晨下，Arcam在2000年通過Adersson＆Larsson的專利獲得了EBM技術(shù)的使用權(quán)利，并與2002年推出了第一臺商業(yè)化EBM打印設(shè)備缘违。

隨著最初的3D打印設(shè)備專利全面到期拳芹，以及金屬加工的過程中控制，粉末技術(shù)的發(fā)展岸腥，并且隨著GE收購Arcam和Concept laser矢勉，金屬3D打印也迎來了走向成熟的時期。根據(jù)GE增材制造負責(zé)人Greg Morris茉唉，GE將在2到3年內(nèi)提高3D打印的速度固蛾，他們未來希望達到現(xiàn)在速度的100倍。而隨著設(shè)備加工技術(shù)的提升度陆，加之材料的配合以及價格的合理化艾凯，金屬3D打印勢必在產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的道路越來越寬。而對于加工應(yīng)用方來說坚芜，要迎接這樣的技術(shù)浪潮览芳，了解金屬3D打印的冶金加工學(xué)就成為必修課。

的確鸿竖，在金屬加工過程中沧竟，發(fā)生著許多微妙的事情。就拿SLM選擇性激光融化技術(shù)來說缚忧，在激光對粉末的融化加工過程中悟泵，每個激光點創(chuàng)建了一個微型熔池，從粉末融化到冷卻成為固體結(jié)構(gòu)闪水，光斑的大小以及功率帶來的熱量的大小決定了這個微型熔池的大小糕非，從而影響著零件的微晶結(jié)構(gòu)。并且嬉哥，為了融化粉末进登，必須有充足的激光能量被轉(zhuǎn)移到材料中，以熔化中心區(qū)的粉末津咒，從而創(chuàng)建完全致密的部分另碍，但同時熱量的傳導(dǎo)超出了激光光斑周長，影響到周圍的粉末哩拔，出現(xiàn)半融化的粉末自烛，從而產(chǎn)生孔隙的現(xiàn)象。

從設(shè)備領(lǐng)域影焙，為了達到激光定位與聚焦戈秕，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究大多數(shù)激光熔化系統(tǒng)使用電流計掃描振鏡血肯，最新出現(xiàn)的技術(shù)是動態(tài)聚焦系統(tǒng)系統(tǒng)，通過在galva振鏡的上游激光光束線中放置更小的鏡頭嫡贷，來調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)焦距的變化途居。

對于應(yīng)用端來說，除了設(shè)備的配置這樣的剛性條件屎唠，冶金性能方面還與金屬3D打印過程的諸多條件相關(guān)桑孩。加工參數(shù)的設(shè)置、粉末的質(zhì)量與顆粒情況框冀、加工中惰性氛圍的控制流椒、激光掃描策略、激光光斑大小以及與粉末的接觸情況明也、熔池與冷卻控制情況等等都帶來了不同的冶金結(jié)果宣虾。

通常來說加工越快，表面粗糙度越高温数，這是兩個此起彼長的相關(guān)變量绣硝。另外，殘余應(yīng)力是DED以及SLM加工技術(shù)所面臨的共同話題撑刺，殘余應(yīng)力將影響后處理和機械性能參數(shù)鹉胖。據(jù)了解，根據(jù)對冶金方面的駕馭能力够傍，殘余應(yīng)力也可以用來幫助促進再結(jié)晶和細小的等軸晶組織的形成甫菠。

在過去的五年里，對于金屬打印過程中微觀結(jié)構(gòu)的理解和新合金的加工性能已經(jīng)獲得了不少的進步冕屯。同時還觀察到微觀結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性寂诱，在這方面通過表征工作（柱狀晶、高取向蒿庙、孔隙度等）獲取對加工冶金學(xué)的進一步理解搓陈，從而不僅提高金屬3D打印的工藝控制能力，還為材料制備以及后處理提出了新的要求砖蕾。

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