相（xiàng）比於大數據（jù）、VR、人工智（zhì）能，如今的3D打印其實算不上很新的技術了，這項技術已（yǐ）經走過了30多年的曆史。

那麽金屬3D打印裏麵到底有幾多千秋？不同的金屬3D打印技術又在打印（yìn）材料和冶金領域有著怎（zěn）樣的差異（yì）？本期，3D科學穀（gǔ）與穀友一起來（lái）領略金（jīn）屬D打（dǎ）印的冶金和加工科學。

金屬打印的

由來（lái）與下一步

與金屬增材（cái）製造相關的最早的一項3D打印技術是SLS-選擇性激光（guāng）燒結技術，當時是用來燒（shāo）結塑料粉末。而在1990年，Manriquez-Frayre和（hé）Bourell實現了通過SLS技術打（dǎ）印金屬製品的應用（yòng）。

發展（zhǎn）到今天，當我們一提起金屬3D打（dǎ）印（yìn）的時候，通常指的（de）是SLM-選擇性激光融化技術，而SLS技術更多的用來燒結金屬之外的其（qí）他材（cái）料。

SLM技術是如此的讓人著迷，以（yǐ）至於我們忽略了另外一（yī）項金（jīn）屬3D打印技術DED-直接能（néng）量沉積技術，通過（guò）電子束、等離子或（huò）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（pǐn）以近淨形的方式製（zhì）造出來。

選擇性激光燒結（SLS）技術是德克薩斯大學奧斯（sī）汀分校的（de）Carl Deckard博士（shì）和（hé）學院顧問Joe Beanman博士在1984年申請的。3D Systems通過（guò）收購的方式從DTM手中獲得了此項技術，但在2014年專利過期後，新湧現的3D打印機（jī）製造商旨在使SLS這一昂貴的工業（yè）打印工藝走下了神壇。

SLM選擇性激（jī）光熔化的創始專利來源（yuán）於德國Fraunhofer Institute所有的激光技術研究院，而該專（zhuān）利的到期（qī）日是2016年12月。EOS在1995年推出了第一台商業（yè）SLM設備，並且通（tōng）過（guò）取得3D Systems專利授權的方式獲得了SLS技術專利的使用權利。另外一家公司，Arcam在（zài）2000年通過Adersson&Larsson的專利獲得了（le）EBM技術的使用權利，並與2002年推出了第一台商業化EBM打印設備。

隨著最初的3D打印（yìn）設備專（zhuān）利全麵到期，以及金屬（shǔ）加工的過程中控製，粉末技術的發展，並（bìng）且隨（suí）著GE收購Arcam和Concept laser,金屬（shǔ）3D打印也迎來了走向成熟的時期。根據GE增材製造負責人Greg Morris，GE將在2到3年內提高3D打印的速度，他們未來希（xī）望達到現在速度的100倍。而隨著設備加（jiā）工（gōng）技術的提（tí）升，加之材料的配（pèi）合以及價格的合理化，金屬3D打（dǎ）印勢必在產業化領域的道路越來越寬。而對於加工應用方來說，要迎（yíng）接這樣的（de）技術浪潮，了解（jiě）金屬（shǔ）3D打印的冶金加工（gōng）學（xué）就成為必修課。

的確，在金（jīn）屬加工（gōng）過程中，發生著許多微妙的事情。就拿SLM選擇性激光融化技（jì）術來說，在（zài）激光對粉末的融化加工過程中，每個激光點創建（jiàn）了一個微型熔池，從粉末融化到冷（lěng）卻成為固體結構，光斑的大小以及功率（lǜ）帶（dài）來的熱量的大小決定了這個微型熔池的大小，從而影響著零件的微晶結構。並且，為了融化粉末，必須有充足的激光能量被轉移到材料中，以熔化中心區的（de）粉末，從而（ér）創建完全（quán）致密的部分，但同時熱量的傳導超出了（le）激光光斑周長，影響到周圍的粉末，出現半融（róng）化的（de）粉末，從而產生孔隙的現象。

從設備（bèi）領域，為了達到激光（guāng）定（dìng）位與聚焦，根據3D科學（xué）穀的市場研究大多數激光熔化係統使用（yòng）電流計（jì）掃描振鏡（jìng），最新出現（xiàn）的技術（shù）是動態聚焦係統係（xì）統，通過在（zài）galva振鏡的上遊激光光束線中（zhōng）放置更小的（de）鏡頭，來調整光學（xué）係統（tǒng）焦距的變化。

對於應用端來說，除了設備的配置這樣的（de）剛性條（tiáo）件，冶金性能方麵還與金屬3D打印（yìn）過程（chéng）的諸多條（tiáo）件相關。加工參（cān）數的設置、粉末的質量與顆粒情（qíng）況、加工中惰性氛圍的控製、激光掃描策略、激光光斑大小以及與粉末的（de）接觸情（qíng）況、熔池與冷卻控製情況等等都帶來了不同的冶金結果。

通常來說加工越快，表（biǎo）麵粗（cū）糙度越高，這是兩（liǎng）個此起彼長（zhǎng）的相關變量。另（lìng）外，殘（cán）餘應力是DED以及SLM加工技術所麵臨的共同話題，殘餘應力將影響後處（chù）理和機械性能參數。不過（guò），根據3D科學穀的市場研究，根據對冶金方麵的駕（jià）馭能力，殘餘應力也可以用來幫（bāng）助促進再結（jié）晶和細小的等軸晶組織（zhī）的形成。

在過去的五年裏,對於金屬打（dǎ）印過程中微觀結構的理解和新合（hé）金的加工性能（néng）已經獲得（dé）了不少的進步。同（tóng）時還（hái）觀察到（dào）微觀結（jié）構的非均質性，在這（zhè）方麵通過表征工作（柱狀晶、高取向、孔隙度等）獲取對加工冶（yě）金學的進（jìn）一步理解，從而不僅提高金屬（shǔ）3D打（dǎ）印的（de）工藝（yì）控製能力，還為材料製備以（yǐ）及後處理提出了新的要求。