深度解剖金属3D打印技术之SLM技术

我们一般看到的金属粉末是这样的

经历过不可抗拒的原因后来变下图的样子

据说罪魁祸首是激光，金属粉末究竟经历了什么过程？

今天带着大家沿着SLM（Selective Laser Melting）选择性熔融这一技术来深度解剖。

先来看看“案发现场”SLM280金属3D打印机

SLM280成型仓内部组成要素

我们来具体了解这一形成过程：

每个最终的零件都是由一层层熔融而成，每熔融一层，平台下降，新的粉末铺满此层重复上述过程。其真正的成型原理是激光将一定能量密度的能量打到粉末层，使得所扫描的区域内粉末达到熔融状态，粉末接收到的能量密度和激光的很多因素有关，比如扫描速度，扫描间距，扫描功率，激光的能量在金属粉末表面形成热影响区形成熔池，熔池影响周围粉末成型焊接效果。

激光会按照一定的规律和方向扫描到需要成型的熔融区域，根据不同材料合理的归化扫描路径，将扫描区域分成条带状、棋盘状等，可以有效的释放零件内部应力，规划每层扫描向量可以减少内部缺陷得到致密度更高，力学性能更好的零件。

那么选择性熔融这一过程中，我们可以通过哪几个方面来提升最终产品性能呢？我们可以通过几个重要方面来重点分析一下，下面是同一种材料在不同扫面间距下的放大图，我们可以看到随着扫面间距的扩大到一定的范围，会出现非常明显的内部缺陷：

虽然扫面间距大可以显著提升成型速度，但熔池范围有限，如果间距过大，会使得熔覆宽度的搭接率太小，严重的话会产生图3这种效果。我们再来分析另外两个因素，激光功率和扫描速度也是决定能量密度的核心参数，直接影响成型零件的孔隙率，孔隙率又直接影响成品的机械性能等。

我们以上图的铝合金为例，我们可以发现随着激光功率的升高和扫面速度的降低会使得零件的孔隙率降低。这种趋势是因为更高的能量密度使得粉末更好的熔融形成的，那么是不是能量密度越高越好呢？当然没那么简单，首先能量太高也会使得零件内部气体不能排除产生空隙。如下图：

很多条件下激光参数产生的结果不是线性的，在高能量密度下这一过程就会变得相对复杂，举个例子：

上图是铜合金的研究中，分别给出了，激光功率，扫描速度，扫描间距对致密度的影响，可以看出很特别的是随着扫描间距的扩大，能量密度虽然降低了，但是致密度并没有太大变化，这种现象是由包晶和共晶共同影响的。

再来看看不同的光斑直径对打印效果的影响：

光斑不可以过大，同样的能量密度下，随着光斑直径的变大会使得能量集中在上表面，每层下方的粉末不能良好的收到激光熔池的影响有效融化，直接影响零件质量。零件垂直方向的拉伸强度降低，更容易产生裂痕。综上，想得到理想的打印效果要考虑很多因素，只有不断摸索更合适的工艺才能更好克服弊端，将SLM技术应用在各个领域。