铺粉式金属3D打印是金属增材制造技术中的一个重要分支。该技术以预置于粉末平台上的金属粉末为原料，以零件的三维数字模型为基础，利用激光或电子束等高能束，在三维模型离散出的一系列二维平面上，逐层熔融粉末，并最终制造出三维金属零件。目前应用最广泛的是利用激光作为能量源的铺粉式金属3D打印，又称为选择性激光熔融（Selected Laser Melting, SLM）。

SLM加工的基本流程主要包括：

1) 生成待制造金属零件的三维CAD模型，包括辅助支撑结构的模型；

2) 模型按某一取向进行离散化（切片），得到各截面的轮廓数据，并按一定规则生成轮廓内的填充扫描路径，保存成STL文件；

3) 计算机逐层读入扫描路径信息文件，控制激光束方向按照规划的路径进行扫描，熔融粉末床上相应位置的粉末，逐层生成零件，并通过控制激光功率、扫描速度等工艺参数来保证加工零件的成形质量和性能。

图一 

1) 打印开始前，粉末被存储在粉末备料缸内，打印平台（基板）放入粉末成型缸；

2) 打印开始，粉末备料缸向上运动，送出一定量粉末，铺粉刮刀将粉末向粉末成型缸方向刮送，在打印平台上铺展开，形成一层厚度均匀的粉末层；

3) 激光光源发出激光，经聚焦光路聚焦后，通过X-Y扫描振镜控制方向，根据STL文件中的扫描路径，扫描平台上的粉末层；

4) 激光能量使扫描路径上的粉末熔融，并与基板（或前次已成型层）形成冶金结合

5) 完成一层粉末的激光扫描熔融后，打印平台下降一层粉末高度，重复步骤2）-5），直至完成数字模型所有二维平面上的扫描，即完成了整个三维产品的打印。

6) 打印完成后，将成型件从粉末成型缸中取出，通过后续加工使样件与基板分离，清除样件内外表面粉末。

7) 对于一些悬空结构，需要在三维模型中设计支撑结构，与主结构一起打印出来。打印完成后，需要去除支撑结构。

图二  3D打印设备

作为金属增材制造技术领域的主力军，SLM技术具有一些明显的优势特征：

1) 采用高质量单模激光器，聚焦光斑尺寸范围为50-200um，能量高度集中，能够熔化大部分金属材料，成型件致密度高（99%以上）；

2) 激光扫描速度快，微小尺寸的熔池带来极快的冷却凝固速度，得到均匀细小的金相组织，相比于晶粒粗大的铸造组织，大大的提高了材料力学性能；

3) 采用53um以下粒径的粉末，单层粉末厚度控制在20-100µm，可实现精密成型，成型件表面质量好；

4) 整个工作腔被密闭于惰性气体环境中，以避免金属材料在高温下氧化，适用于钛合金等活跃金属

5) 通过支撑结构的设计，可以打印各种复杂形状产品，包括带有悬空部位的复杂曲面，含有内部流道的结构，镂空复杂形状等。

 

图三 SLM技术制成的各种复杂形状金属零件

但是，SLM技术也存在一定的局限性。首先，由于激光器功率和扫描振镜偏转角度的限制，SLM设备能够成形的零件尺寸范围有限，目前成熟的商业设备最大可做到800 x 400 x 500 mm³成型体积；其次，SLM工艺控制技术难度较高，需要具有冶金材料专业知识的技术人员，针对性的开发特定材料工艺包，其支撑结构的设计，也需要专业软件与有经验的技术员，以避免支撑结构不合理以及后期去除困难等问题；在实际工业应用中，SLM的设备昂贵，运行维护成本较高，成型效率又偏低，一般在100cm³/h以下，无法满足大部分产业的批量生产需求，因而更适合做个性化定制零件，以及小批量生产。

辉锐的SLM金属打印服务

辉锐公司自2016年开始为客户提供铺粉式金属3D打印服务，凭借公司在激光材料加工领域多年的生产研发经验，以及在冶金材料领域的知识人才储备，公司能够为客户提供包括前期建模，材料工艺包开发，打印成型及后续热处理加工在内的全套SLM打印服务。目前已开发了不锈钢，铝合金、钛合金、镍基高温合金、钨合金、硅化镁等10余种材料的SLM工艺，包括相应的后处理工艺。

表一列出了辉锐SLM工艺制成的几种常用材料样品的力学性能数据。

图四显示了不同后续热处理对镍基高温合金In718的SLM成型件的力学性能影响。

图四 In718 SLM成型件力学性能及不同后续热处理工艺的影响

图五举例给出了辉锐SLM产品（In625），样品截面的金相组织。可以看到材料组织100%致密，晶粒细小，由细长的树枝晶组成。 

图五 In626 SLM打印件截面金相组织，a），b）横截面，c），d）纵截面