3D打印之选择性激光熔融（SLM）

选择性激光熔融（SLM）和直接金属激光烧结（DMLS）是属于粉末床熔融3D打印系列的两种金属增材制造工艺。

两种技术有很多相似之处：两者均使用激光扫描并选择性地融合（或熔化）金属粉末颗粒，将它们粘合在一起并逐层构建。同样，在两个过程中使用的材料都是颗粒状的金属。

SLM和DMLS之间的区别归结于颗粒粘结工艺的基础（以及专利）：SLM使用具有单一熔化温度的金属粉末并完全熔化颗粒，而在DMLS中，粉末由熔点可变的材料组成在高温下在分子水平上融合。

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SLM工艺打印过程

一、首先用惰性气体（例如氩气）填充打印仓，以最大程度地减少金属粉末的氧化，

二、然后将其加热到最佳打印温度。在平台上一铺一薄层金属粉末，用激光扫描组件的横截面，将金属颗粒熔化（或融合）在一起，完成本层数据打印。

三、上一层打印完成后，打印平台向下移动一层厚度，并且刮刀跨平台移动，以将下一层粉末沉积到惰性打印室中。然后重新铺另一层金属粉末。逐层重复此过程，直到打印完成。

四、打印过程完成后，零件将完全封装在金属粉末中。金属3D打印中的支撑使用与零件相同的材料构建，并且始终需要缓解由于高处理温度而可能发生的翘曲和变形。

五、当料箱冷却至室温时，多余的粉末将被手动清除，零件通常经过热处理，同时仍附着在打印平台上，以消除残余应力。然后，通过线切割将组件从打印板上卸下，以备使用或进一步后处理。

SLM工艺的特征

在SLM中，几乎所有过程参数都是由机器制造商设置的。金属打印的层高一般控制在20到50微米之间，取决于金属粉末（流动性，粒度分布，形状等）的性质及最终打印组建的性能要求。

小型的金属3D打印设备的打印尺寸为100 x 100 x 100 mm，主要用于齿科和珠宝行业，目前市场上相对成熟的大型金属打印设备最大可打印尺寸为500 x 280 x 850 mm。金属3D打印机可以达到的尺寸精度约为±0.1毫米。

SLM中的金属粉末是高度可回收的：通常浪费少于5％。每次打印后，将未使用的粉末收集，筛分，然后用新鲜材料补足至下一次构建所需的水平。

金属打印中的支撑结构对于成功完成打印至关重要，只是支撑的打印会大大增加所需材料的数量，增加打印成本。

支撑结构和零件方向

由于金属的加工温度很高，因此在金属打印中始终需要支撑结构，并且支撑结构通常使用格子图案构建。

在金属3D打印的过程中，针对打印件的形状和性能要求添加必要的支撑是非常重要的环节，支撑结构主要起到三个方面的作用：

（1）为打印下一层提供了合适的平台。

（2）支撑锚定在打印平台上，防止打印件翘曲。

（3）它们充当散热器，将热量从零件带走，并使其以更可控的速率冷却。

零件通常以一定角度定向，以最大程度地减少翘曲的可能性，并在关键方向上最大化零件的强度。但是，这将增加所需的支撑量，拉长打印时间，提高打印成本。

使用激光随机扫描打印的模式也可以使翘曲最小化。这种打印方式可防止在任何特定方向上累积残余应力，并将为零件增加特征性的表面纹理。由于金属打印的成本很高，因此通常会在打印前使用仿真软件来模拟打印过程，提前发现可能出现的问题。拓扑优化算法不仅用于最大化机械性能和制造轻量化部件，还用于最小化支撑结构的需求和翘曲的可能性。

SLM工艺的优点和局限性

主要优点：

（1）金属3D打印工艺可用于制造传统制造方法无法生产的复杂形状的定制零件。

（2）可以对金属3D打印的零件进行拓扑优化，以使其性能最大化，同时将其重量和装配中的零件总数最小化。

（3）金属3D打印零件具有出色的物理性能，可用的材料范围包括难以加工的其他材料，例如金属超级合金。

主要缺点：

（1）与金属3D打印相关的材料和制造成本很高，因此这些技术不适用于可以通过传统方法轻松制造的零件。

（2）金属3D打印系统的构建尺寸受到限制，因为需要精确的制造条件和过程控制。

（3）现有的传统设计可能不适合金属3D打印，可能需要进行更改。