零件怎么成形？看激光選區(qū)熔化技術的操作！

成型原理和裝備：

SLM成形原理是:經(jīng)過成形腔氣氛準備后(初始氧含量通常低于0.01%(質(zhì)量分數(shù))，合金和金屬鎢材料成形則需要更低的氧含量)，工作平臺下降，粉料缸上升(或者采用粉料斗靠粉末重力落粉)，自動鋪粉裝置利用陶瓷或者橡膠刮刀在工作平臺基板上鋪設金屬粉末(厚度為20μm~100μm)，然后利用高能熱源(激光束光斑直徑為50~100μm)在高速振鏡配合下按照計算機切片形狀和外形軌跡快速掃描，松散狀態(tài)的粉末薄層中受激光輻照區(qū)域發(fā)生熔化/凝固，其他區(qū)域粉末仍保持未熔狀態(tài)并起到一定的后續(xù)支持作用。通過逐層鋪粉、逐層熔化凝固的方式，成形復雜形狀三維零件。

近幾年，歐洲等發(fā)達國家先后開發(fā)出新型SLM成形設備，大幅提高激光掃描的速度,縮短成形時間，成形零件性能與鍛件相當。目前SLM成形商業(yè)化設備最大加工體積可達到750mm*500mm*500mm。國內(nèi)在激光3D打印成形硬件系統(tǒng)、工藝特性和制件質(zhì)量等方面部分達到或接近國際先進水平，形成了與國外齊頭并進的局面(打印尺寸達到500mmX500mmX500mm)；在設計理念、材料基礎工藝研究、表面精度、支撐設計、成形效率等方面仍處于起步階段，與歐美發(fā)達國家存在較大差距。

目前，國外已經(jīng)實現(xiàn)了將拓撲優(yōu)化結(jié)構與輕量化技術應用于SLM，有“制造引導設計、制造性優(yōu)先設計、經(jīng)驗設計”的傳統(tǒng)設計理念向“設計引導制造、功能性優(yōu)先設計、拓撲優(yōu)化設計”的3D打印設計理念的轉(zhuǎn)變，國內(nèi)這項工作還未進行規(guī)模化開展。國內(nèi)公司研究出軍品配套企業(yè)，基于拓撲優(yōu)化和輕量設計，成功實現(xiàn)全尺寸雷達支架整體3D打印快速制造，減重42%。

近幾年，SLM技術大規(guī)模應用最大的瓶頸仍然是多品種材料基礎工藝數(shù)據(jù)庫的建立。同時，在技術領域還需要開展以下工作:研究構件成形工藝參數(shù)的優(yōu)化，進行構件的工藝技術研發(fā)，建立激光成形構件的工藝規(guī)程；研究高能束功率密度、掃描間距、掃描速度、基底/粉末溫度等參數(shù)對吹粉、球化現(xiàn)象的影響:研究熔池快速移動冷卻凝固及多重熱循環(huán)條件下構件熔凝及連續(xù)冷卻組織演變規(guī)律，，通過成形路徑規(guī)劃工藝優(yōu)化，實現(xiàn)構件的組織性能綜合調(diào)控。

SLM成形材料與工藝：

世界3D打印行業(yè)專家根據(jù)SLM工藝給出了SLM金屬粉末通用標準:尺寸在15~60μm的金屬粉末，盡可能同時滿足純度高、少無空心，衛(wèi)星粉少(實心最佳)、粒度分布窄、球形度高、氧含量低、流動性好和松裝密度高等要求。理想的SLM專用粉末如下圖所示。國外在19世紀末就實現(xiàn)了超細粉末的規(guī)�；�工業(yè)生產(chǎn)，通過近30年的發(fā)展，成功采用真空感應氣體霧化(VIGA)法、無坩堝電極感應熔化氣體霧化(EIGA)法、等離子旋轉(zhuǎn)霧化(PREP)法以及等離子火炬(PA)法等方法制備SLM專用粉末材料,已經(jīng)具備成熟穩(wěn)定的批量供貨能力。

國內(nèi)制備高性能SLM專用粉末材料的方法主要有兩種，一種是高速等離子旋轉(zhuǎn)電極法，一種是氣體霧化法。如今，國內(nèi)基本具備利用這兩種工藝制備球形金屬粉末材料的硬件能力，但材料的種類偏少、產(chǎn)能較低、批次穩(wěn)定性較差。國內(nèi)自己生產(chǎn)的金屬粉末與國外進口的金屬粉末進行比較，在粉末形貌、衛(wèi)星粉、空心粉等部分指標上基本相當，但是國產(chǎn)金屬粉末細粉出粉率不高，試用后反饋氧含量控制不穩(wěn)定，成形試樣力學性能不理想。目前。國內(nèi)軍用鈦合金、鋁合金等3D打印專用球形粉末基本來自國外進口，其中鋁合金件金屬粉末只有常規(guī)的A1Si12、A1Si7Mg、A1Si10Mg，而2系鋁合金和7系鋁合金粉末等軍工常用材料只能定制生產(chǎn)。

目前，粉末制備方法按照制備工藝主要可分為還原法、電解法、羰基分解法、研磨法、霧化法等。其中，還原法、電解法和霧化法生產(chǎn)的粉末作為原料應用到粉末冶金工業(yè)的情況較為普遍。但電解法和還原法僅用于單質(zhì)金屬粉末的生產(chǎn)，對于合金粉末這些方法均不適用。霧化法可以用于合金粉末的生產(chǎn)，同時現(xiàn)代霧化工藝對粉末的形狀也能夠予以控制，不斷發(fā)展的霧化腔結(jié)構大幅提高了霧化效率，使得霧化法逐漸發(fā)展成為主要的粉末生產(chǎn)方法。霧化法生產(chǎn)的金屬粉末能夠滿足3D打印的特殊要求。霧化法是指通過機械方法使金屬溶液粉碎成尺寸小于150μm的顆粒方法。按照粉碎金屬熔融液的方式分類，霧化法包括二流霧化法、離心霧化法、超聲霧化法、真空霧化法等。這些制備方法各自有自身的特點，都已經(jīng)成功應用于工業(yè)生產(chǎn)。其中水氣霧化法具有生產(chǎn)設備及工藝簡單、能耗低、可批量生產(chǎn)等優(yōu)勢，成為金屬粉末的主要工業(yè)化生產(chǎn)方法。

​