激光3D金属打印

激光3D金属打印是一种依靠数字模型，利用激光束熔化金属粉末逐层固化构建复杂零部件的先进制造技术，以下从原理、工艺分类、优势、材料适用性、应用领域及发展趋势几个方面展开介绍：

一、原理

激光3D金属打印首先在建模软件中设计好三维模型，再通过切片软件把三维模型切片处理为二维层片，并生成运动轨迹。三维打印机利用高能束激光逐层熔融粉末，最终制造出三维金属零件。

二、工艺分类

1. 选区激光熔化（SLM）：利用高能激光束逐层熔化金属粉末，形成所需的零件形状。其优点是能够实现高精度的成形，制造出复杂的内部结构和精细的细节，零件的致密度高，力学性能优异，可与传统锻造零件相媲美。可加工的材料范围广泛，涵盖了不锈钢、钛合金、铝合金、镍基合金等多种金属材料，但对粉末的球形度、粒径分布等要求较高，且设备成本和运行成本相对较高。

2. 激光近净成型（LENS）：计算机将零件的三维CAD模型分层切片，得到零件的二维平面轮廓数据，将轮廓数据转化为数控工作台的运动轨迹。同时金属粉末以一定的供粉速度送入激光聚焦区域内，快速熔化凝固，通过点、线、面的层层叠加，最后形成三维近净形的金属零件。LENS可实现金属零件的无模制造，成形得到的零件组织致密，具有明显的快速熔凝特征，力学性能很高，并可实现非均质和梯度材料零件的制造以及钛合金等高强度金属件加工。

三、优势

1. 设计自由度高：能够实现复杂结构的一次性成型，减少材料浪费，缩短生产周期。

2. 精度高：所制造的金属零件具有较高的尺寸精度和较好的表面质量，近乎100%的致密度。

3. 制造工期短、工序少：相比传统工艺，基本不需要后续的再加工，能大大缩短加工周期，避免材料的浪费，减少昂贵的模具费用。

四、材料适用性

不同金属材料在3D打印中表现出独特的性能特点，不锈钢、工具钢和低合金钢等具有较高的强度和硬度，能够承受较大的载荷，适用于制造结构件和工具。激光3D金属打印可以打印钢材、钛合金、铝合金等多种材料。

五、应用领域

1. 航空航天领域：用于制造飞机发动机的复杂叶片和燃烧室部件，这些部件具有复杂的冷却通道和薄壁结构，通过激光3D金属打印技术可以实现一体化制造，提高了零件的性能和可靠性。

2. 医疗领域：钛合金作为一种最常用的牙种植体的材料，传统的制造方法不仅价格昂贵，而且尺寸单一，不能进行个性化生产，如今可以通过建立牙种植体模型然后利用激光3D金属打印技术直接打印，大大降低了加工的成本和步骤。

3. 汽车领域：可用于汽车零部件的制造和修复，如大众汽车打印出的制动钳通过了专业测试，满足了重量最小和强度最高的目标。

六、发展趋势

1. 材料创新：新型金属材料的打印将成为研究热点，如钴材料可以用于燃气轮机；镍材料可以应用于燃烧室；贵金属可以用于电子器件集成，以及一些难熔的金属材料如钨等。

2. 技术升级：对并行打印、多材料打印、多喷头打印、大件打印、连续打印等金属3D打印技术进行深入研究，提高打印质量和产量。

3. 设备专业化：打造高性价比的设备，持续拓展打印机理，以满足不同场景和条件的生产需求。