第4章 选区激光熔化工艺及材料
《选区激光熔化SiCp-Al-30Si复合材料组织性能及光学领域应用研究》
《选区激光熔化SiCp-Al-30Si复合材料组织性能及光学领域应用研究》选区激光熔化SiCp-Al-30Si复合材料组织性能及光学领域应用研究一、引言随着现代科技的发展，复合材料在光学领域的应用越来越广泛。
其中，SiCp/Al-30Si复合材料因其独特的物理和机械性能而备受关注。
通过选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术制备该类复合材料，能实现复杂零件的高精度制造。
本文旨在研究选区激光熔化SiCp/Al-30Si复合材料的组织性能，并探讨其在光学领域的应用。
二、选区激光熔化SiCp/Al-30Si复合材料的制备选区激光熔化技术是一种先进的增材制造技术，能实现复杂零件的高精度制造。
通过该技术制备的SiCp/Al-30Si复合材料，具有优异的力学性能和良好的耐热性能。
在制备过程中，通过控制激光功率、扫描速度、扫描间距等参数，可实现对材料微观结构的调控。
三、组织性能研究1. 微观结构分析通过对选区激光熔化SiCp/Al-30Si复合材料进行扫描电镜（SEM）观察，发现该材料具有明显的颗粒增强相和基体相结构。
SiC颗粒均匀分布在Al-30Si基体中，两相界面结合紧密，无明显的孔洞和缺陷。
此外，通过对材料进行X射线衍射（XRD）分析，发现材料中存在明显的SiC和Al-Si相衍射峰。
2. 力学性能分析通过硬度测试和拉伸试验等手段，发现选区激光熔化SiCp/Al-30Si复合材料具有较高的硬度和优异的抗拉强度。
此外，该材料还具有良好的耐磨性能和抗蠕变性能。
这些优异的力学性能使得该材料在光学领域具有广泛的应用前景。
四、光学领域应用研究1. 光学元件制造由于选区激光熔化SiCp/Al-30Si复合材料具有高精度和高复杂度的制造能力，因此可用于制造光学元件。
通过优化制造参数和后处理工艺，可获得表面质量优良的光学元件，满足高精度光学系统的要求。
2. 光学薄膜制备利用该材料的优异光学性能和良好的成膜性能，可制备具有特定功能的光学薄膜。
激光选区熔化成形技术的工艺流程
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金属粉末选区激光熔化成形工艺研究
金属粉末选区激光熔化成形工艺研究尹华【摘要】：选区激光熔化技术(SLM)是一种能直接制造终端、近终端金属产品的新型激光快速制造技术。
它将激光烧结技术与激光熔覆技术结合起来,能够实现高性能致密金属零件的直接快速成形。
和传统制造方法相比,它具有成型工艺简单、材料利用率高、适用性广和成型效率高等优点,并且还可以利用该技术制造功能梯度材料。
但成形金属零件过程中还存在球化、裂纹、变形、翘曲、脱层等瓶颈问题亟待国内外学者的解决。
本文以SLM直接成形致密的金属件为目标结合现有实验条件提出了具体的总体实验规划。
以316不锈钢粉末、铝粉、镍粉、铁镍混合粉末等主要实验材料对成形件致密度进行了系统研究,以求在得到致密件的同时确定优良的SLM成形工艺参数。
主要研究内容如下: (1)采用316L不锈钢粉末进行SLM实验,首先通过研究激光电流、激光脉宽、激光脉冲频率、扫描速度、扫描间距、铺粉厚度和扫描方式各工艺参数对单道扫描、单层扫描的影响,来确定SLM加工零件较佳工艺参数,为随后的块体成型奠定基础。
对不同工艺参数下制备的块体试样,通过致密度测量,扫描电子显微镜分析,显微组织分析进行性能研究;通过分析,选择一组较优参数,制得致密度高且精度高的成形件。
(2)对铝粉、铜粉进行SLM实验,分析粉末性能对成形质量的影响,为以后对这些粉末的成型研究奠定基础。
(3)对不同比例铁镍混合粉末的SLM成形进行对比分析,初步了解镍含量对Fe-Ni系金属粉末SLM的影响。
(4)利用以上实验得出的各金属粉末SLM最佳工艺参数,制得不锈钢粉末、镍粉、铁镍混合粉末的功能梯度材料试样,并对不同粉末交界处的金相组织进行分析。
【关键词】：选区激光熔化工艺参数致密度金相组织梯度材料【学位授予单位】：中北大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2010【分类号】：TF124.5。
选区激光熔化技术
选区激光熔化技术选区激光熔化技术是一种高端的制造工艺，它利用激光束对金属进行加热，使其熔化并在凝固时形成精密的结构。
这种技术在航空航天、汽车、医疗设备等领域得到广泛应用，因为它可以生产高质量、高精度的零部件。
在本文中，我们将介绍选区激光熔化技术的基本原理、应用、优点和限制。
一、选区激光熔化技术的基本原理选区激光熔化技术是一种非接触式的生产工艺，它利用激光束对金属进行加热，使其熔化。
激光束的能量密度非常高，可以使金属迅速升温至其熔点以上。
在激光束的作用下，金属表面的温度会迅速升高，直到熔化。
一旦金属开始熔化，激光束的功率会被调整，以保持金属表面的温度在其熔点以上，但不高于其沸点。
在这种情况下，金属可以熔化，但不会汽化。
在选区激光熔化过程中，激光束被聚焦在金属表面上，形成一个非常小的熔池。
激光束的焦点可以被控制，因此可以精确地控制熔池的位置和大小。
可以使用计算机控制系统来控制激光束的位置和功率，以形成所需的形状。
当金属开始凝固时，激光束的功率会被降低，以保持温度在熔点以下，但高于室温。
在这种情况下，金属会逐渐凝固，形成所需的形状。
二、选区激光熔化技术的应用选区激光熔化技术在许多领域得到了广泛的应用。
其中最常见的是航空航天和汽车工业。
在这些行业中，需要生产高质量、高精度的零部件，以确保安全和可靠性。
选区激光熔化技术可以生产出非常复杂的形状，例如复杂的几何形状和内部结构，这些结构无法通过传统的加工方法实现。
此外，选区激光熔化技术可以生产出非常高质量的表面，这对于需要高精度表面的应用非常重要。
选区激光熔化技术还可以用于医疗设备制造。
医疗设备需要具有高度的可靠性和精度，以确保其有效性和安全性。
选区激光熔化技术可以生产出非常精密的零部件，例如人工关节和牙科支架。
这些部件具有非常复杂的形状和内部结构，可以精确地适应人体的需求。
三、选区激光熔化技术的优点和限制选区激光熔化技术具有许多优点。
首先，它可以生产出非常复杂的形状和内部结构，这些结构无法通过传统的加工方法实现。
选区激光融化技术
选区激光融化技术引言激光融化技术是一种先进的制造技术，被广泛应用于各个领域。
尤其是在选区激光融化技术中，其精确性和可控性使其成为材料制造和3D打印领域的热门研究课题。
本文将对选区激光融化技术进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二级标题1：选区激光融化技术的概念和原理选区激光融化技术，也被称为选择性激光熔化技术（Selective Laser Melting，简称SLM），是一种通过激光束瞄准目标材料并进行局部加热，使其融化并与底层材料融为一体的制造技术。
其原理主要包括以下几个方面：1.初始材料：选区激光融化技术使用粉末材料作为初始材料，目前常用的材料包括金属、陶瓷等。
这些粉末材料具有良好的流动性和熔点，适合于激光的加工。
2.光束瞄准：通过计算机控制系统，激光束被精确地瞄准到目标材料的特定位置。
光束的能量密度非常高，能够快速加热目标材料并使其融化。
3.材料融化：一旦激光束照射到目标材料上，能量会被吸收，并导致材料局部融化。
由于激光束的高能量密度，材料融化非常快速。
4.融化层与底层结合：融化的材料与底层材料之间的黏结作用力使其结合在一起，形成一个连续的物体。
这种结合具有很高的强度和密度，使制造出的产品具有良好的性能。
二级标题2：选区激光融化技术的应用选区激光融化技术在各个领域都有着广泛的应用。
以下是一些主要领域的应用示例：三级标题1：航空航天1.制造复杂结构件：选区激光融化技术可以制造出复杂形状的金属件，满足航空航天领域对轻量化和高强度的需求。
2.修复和再制造：选区激光融化技术可以修复损坏的航空航天部件，并使其恢复到原始设计规格。
三级标题2：医疗领域1.制造个性化植入物：选区激光融化技术可以根据患者的具体情况制造个性化的植入物，提高植入物与组织的匹配度。
2.快速制造医疗器械：选区激光融化技术可以快速制造医疗器械，满足紧急救援和手术需求。
三级标题3：汽车制造1.制造复杂结构件：选区激光融化技术可以制造汽车发动机部件等复杂结构件，提高汽车的性能和可靠性。
选区激光融化技术
选区激光融化技术选区激光融化技术是一种先进的制造技术，它利用激光束将金属粉末熔化成三维物体。
这种技术可以制造出复杂形状的零件，具有高精度、高效率、低成本等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。
选区激光融化技术的工作原理是将金属粉末喷洒在工作台上，然后利用激光束将粉末熔化成固体。
激光束的能量密度非常高，可以将金属粉末瞬间熔化成液态，然后再快速冷却成固体。
这种过程可以在非常短的时间内完成，因此可以制造出非常复杂的零件。
选区激光融化技术的优点之一是可以制造出高精度的零件。
由于激光束的能量密度非常高，可以将金属粉末熔化成非常小的颗粒，因此可以制造出非常精细的零件。
此外，由于激光束可以精确控制，因此可以制造出非常精确的形状和尺寸。
另一个优点是高效率。
选区激光融化技术可以在非常短的时间内完成制造过程，因此可以大大提高生产效率。
此外，由于可以制造出非常复杂的零件，因此可以减少组装工序，进一步提高生产效率。
选区激光融化技术的成本也比传统制造技术低。
由于可以制造出非常复杂的零件，因此可以减少组装工序，进一步降低生产成本。
此外，由于可以精确控制激光束的能量密度，因此可以减少材料浪费，进一步降低生产成本。
选区激光融化技术被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。
在航空航天领域，选区激光融化技术可以制造出非常轻量化的零件，可以大大降低飞机的重量，提高燃油效率。
在汽车领域，选区激光融化技术可以制造出非常复杂的发动机零件，可以提高发动机的效率和性能。
在医疗领域，选区激光融化技术可以制造出非常精细的人工关节和牙齿，可以提高手术的成功率和患者的生活质量。
总之，选区激光融化技术是一种非常先进的制造技术，具有高精度、高效率、低成本等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。
随着技术的不断发展，相信选区激光融化技术将会在更多领域得到应用。
选区激光熔化TC4粉末制备及成形工艺研究
选区激光熔化TC4粉末制备及成形工艺研究作者：张飞马腾杨光王山李文英陈欣梁亮来源：《河北工业科技》2019年第02期摘要：为了提高气雾化制粉方法制备钛合金粉末的性能，使其更适应增材制造工艺，采用自主研发设计的电极感应气雾化制粉设备（EIGA）制备TC4钛合金粉末，研究雾化器气流汇聚角度对粉末粒度、粉末形貌的影响，采用马尔文激光粒度分析仪、氧氮氢分析仪、霍尔流速计、松装密度检测仪和工业CT等设备对粉末氧氮含量、流动性和空心粉含量进行测试。
利用ConceptLaserM2选区激光熔化设备对TC4粉末进行打印工艺验证研究，对比不同打印方向拉伸试样的室温力学性能，并分析选区激光熔化工艺成形TC4构件的显微组织。
测试结果表明，当雾化器汇聚角度为25°时，53μm以下粉末的收得率最高，粉末性能最好。
打印验证表明，粉末与ConceptLaserM2打印设备的匹配度较好，力学拉伸数据能达到设备要求。
因此通过改善雾化器结构能够有效提升气雾化法制备钛合金粉末的性能，并能与增材制造工艺匹配。
关键词：电气工程其他学科;钛及钛合金;电极感应气雾化;汇聚角度;选区激光熔化中图分类号：TM924.5+1文献标志码：A文章编号：1008-1534（2019）02-0098-05钛合金由于具有较高的比强度、优异的耐腐蚀性能和良好的生物相容性，在航空航天、医疗、汽车、石油化工等领域有着广阔的应用前景[1-3]。
选区激光熔化是近几年兴起的、区别于传统机加工的新型材料成形技术，具有快速制造、近净成形、智能制造等独特优点[4-6]，随着该项技术的不断发展和完善，钛合金选区激光熔化成形件在航空航天、医疗器械等领域的应用越来越广泛[7-10]。
目前，球形粉末的制备技术主要有气雾化法、旋转电极法、等离子丝材雾化法、射频等离子球化等方法[11-12]。
考虑到选区激光熔化技术对粉末原材料的球形度、氧氮含量、粉末粒度分布、空心粉含量等技术指标具有较高的要求[13-18]，选区激光熔化用钛合金粉末多采用电极感应气体雾化（EIGA）制备。
激光选区融化技术的工艺流程
激光选区融化技术的工艺流程英文回答：Laser selective melting (LSM) is an additive manufacturing technique that uses a high-power laser to selectively melt and fuse metal powders, layer by layer, to create three-dimensional objects. The process involves several steps, including material preparation, part design, printing, and post-processing.1. Material Preparation:The first step in the LSM process is to prepare the metal powder. The powder is typically made of alloys such as stainless steel, titanium, or aluminum. It needs to have a specific particle size and composition to ensure proper melting and solidification during the printing process. The powder is usually pre-alloyed and atomized to achieve the desired properties.2. Part Design:Once the powder is ready, the next step is to design the part to be printed. Computer-aided design (CAD) software is used to create a digital model of the object. The design can be customized according to specific requirements and constraints.3. Printing:The actual printing process begins with the layer-by-layer deposition of the metal powder. A high-power laser beam is used to selectively melt the powder according to the digital model. The laser scans the powder bed, melting and fusing the particles together. The process is repeated for each layer until the entire object is printed. The laser parameters, such as power, speed, and focus, are carefully controlled to ensure accurate melting and solidification.4. Post-Processing:After the printing is complete, the printed object may undergo post-processing steps to improve its mechanical properties and surface finish. This can include heat treatment, stress relieving, and surface polishing. Any support structures used during the printing process are usually removed at this stage.Laser选区融化技术（Laser selective melting，LSM）是一种利用高功率激光逐层选择性熔化和熔合金属粉末，制造三维物体的增材制造技术。
激光选区熔化成型工作原理
激光选区熔化成型工作原理激光选区熔化成型（Selective Laser Melting，简称SLM）是一种先进的三维打印技术，它基于激光束对金属粉末进行定向熔化，逐层堆积构建出复杂的零件结构。
这种工艺具有高精度、高质量和高灵活性的特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械等领域。
1. 激光选区熔化成型的基本原理激光选区熔化成型的基本原理是利用激光束将金属粉末进行局部熔化，并在固化后逐层堆积形成零件。
具体步骤如下：第一步，通过计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称CAD）软件将待打印的零件进行三维建模。
第二步，将建模数据转换为切片数据，并通过切片软件生成激光扫描路径。
第三步，将金属粉末均匀地铺在打印台上。
第四步，激光束根据预设的路径控制扫描，在每个扫描点上将金属粉末熔化成液态，形成一个很小的熔池。
第五步，激光束移动到下一个扫描点，重复第四步的熔化过程，直到一层完成。
第六步，被熔化的金属粉末与底板相互粘接，形成一层固体。
第七步，打印台下降一层，重复第三步至第六步的过程，直到整个零件打印完成。
通过以上步骤，激光选区熔化成型技术能够实现高精度的零件制造。
激光束的高能量密度和狭窄的熔化区域，使得零件的熔化和凝固过程非常快速，可以避免材料的过热和过熔的问题。
SLM技术还可以根据需要调整激光功率、扫描速度和层厚等参数，实现对打印质量的控制。
2. 激光选区熔化成型的优势和应用激光选区熔化成型技术具有以下几个显著的优势：2.1 高度灵活性：激光选区熔化成型技术可以打印出复杂的零件结构，包括内部空洞、异形表面和薄壁结构等。
相比传统的加工方法，SLM技术不需要使用模具，可以大大缩短产品开发周期和降低成本。
2.2 高精度和精细性：激光束的直径非常细小，可以实现非常高的精度。
由于激光束的定向和熔化粉末的局部熔化，可以在零件表面形成非常光滑的层面和边缘。
这使得SLM技术在制造复杂、高精度的零部件和模具方面具有独特优势。
选取激光融化(SLM)
1、成型速度较低，为了提高加工精度，需要用更薄的加工层厚。加工小体积 零件所用时间也较长，因此难以应用于大规模制造； 2、表面粗糙度有待提高； 3、整套设备昂贵，熔化金属粉末需要比SLS更大功率的激光，能耗较高； 4、SLM技术工艺较复杂。因此多用于工业级的增材制造。 6、SLM过程中，金属瞬间熔化与凝固温度梯度很大，产生极大的残余应力， 如果基板刚性不足则会导致基板变形。
1998年，华中科技大学快速制造中心也引进史玉升专门负责选择性激光 烧结技术和选择性激光熔化技术。这是目前直接获得金属件最成功的方法，
华中科技大学1996年组建了武汉滨湖机电技术产业有限公司(下称“滨 湖机电”)，
西安交通大学1997年成立陕西恒 通智能机器有限公司。注册于北京市海 淀区中关村科技园区北京隆源自动成型系统有限公司，也从1993年开始研 发选区激光粉末烧结快速成型机
工件残余应力过大，基板刚性不足导致的基板变形
1、SLS打印技术
SLM 与SLS的区别：
SLS是激光烧结，所用的金属材料是经过处理的与低熔点金属或者高分子 材料的混合粉末，在加工的过程中低熔点的材料熔化但高熔点的金属粉末是不 熔化的。先是用灯管加热或者金属板热辐射的方式，将粉材加热到超过了结晶 温度，大概170摄氏度左右。利用被熔化的材料实现黏结成型，所以实体存在 孔隙，力学性能差，部分零件要使用的话还要经过高温重熔。
SLM是选择性激光熔化，顾名思义也就是在加工的过程中用激光使粉体完 全熔化，不需要黏结剂，成型的精度和力学性能都比SLS要好。然而因为SLM 没有热场，它需要将金属从20摄氏度的常温加热到上千度的熔点，这个过程需 要消耗巨大的能量。
02 激光融化技术发展 PART TWO
选区激光融化技术
选择性激光熔化
•近年来诞生了选择性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）金属粉末的快速成型技术，用它能直接成型出接近完全致密度的金属零件。
SLM技术克服了选择性激光烧结（Selective Laser Sintering。
SLS）技术制造金属零件工艺过程复杂的困扰。
用SLS技术制造金属零件的方法主要有：（1）熔模铸造法：首先采用SLS技术成型高聚物（聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS等）原型零件，然后利用高聚物的热降解性，采用铸造技术成型金属零件。
（2）砂型铸造法：首先利用覆膜砂成型零件型腔和砂芯（即直接制造砂型），然后浇铸出金属零件。
（3）选择性激光间接烧结原型件法：高分子与金属的混合粉末或高分子包覆金属粉末经SLS成型，经脱脂、高温烧结、浸渍等工艺成型金属零件。
（4）选择性激光直接烧结金属原型件法：首先将低熔点金属与高熔点金属粉末混合，其中低熔点金属粉末在成形过程中主要起粘结剂作用。
然后利用SLS技术成型金属零件；最后对零件后处理，包括浸渍低熔点金属、高温烧结、热等静压（Hotisostat ic Pressing，HIP）。
这些方法所制造的金属零件机械性能受低型工艺过程的影响因素比较多。
为此，德国Fraunhofer激光器研究所（Fraunhofer Inst itu te for LaserTechnology，ILT）最早提出了直接制造金属零件的SLM技术。
选择性激光熔化技术的基本原理SLM技术是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。
为了完全熔化金属粉末，要求激光能量密度超过106W／Cm2。
目前用SLM技术的激光器主要有Nd-YAG激光器、Co2激光器、光纤（Fiber）激光器。
这些激光器产生的激光波长分别为1064nm、10640nm、1090nm。
金属粉末对1064nm等较短波长激光的吸收率比较高，而对10640nm等较长波长激光的吸收率较低。
选区激光熔化工艺的基本原理
选区激光熔化工艺的基本原理激光熔化工艺是一种利用聚焦激光束将材料辐射加热至熔化或融化温度，从而实现熔化材料的技术方法。
它以激光器产生的高能量激光束为工具，利用激光与材料之间的相互作用，实现对材料的精确熔化。
激光熔化工艺的基本原理是通过控制激光束的聚焦点和强度，使光能被材料吸收并转化为热能。
当激光束照射到材料表面时，材料吸收激光能量，温度升高，材料表面快速融化或熔化。
利用激光器精确的聚焦能够在局部区域对材料进行加热，实现对材料精细加工和控制。
激光熔化工艺具有一系列优势。
首先，激光作为一种集中能量、高功率密度的工具，可以在非常短的时间内将材料加热到熔化温度，使得工件的热影响区域很小。
其次，激光熔化过程是非接触加工，可以避免与材料直接接触产生的磨损和污染。
此外，激光熔化还能够实现高精度、复杂形状的加工，具有很高的可控性和可重复性。
在实际应用中，激光熔化技术广泛应用于各个领域。
在制造业中，激光熔化工艺被用于金属材料的精细加工和定制制造，例如3D打印、精密零件加工等。
在材料表面处理中，激光熔化可以实现对材料表面的熔化改性，提高材料的硬度和耐腐蚀性。
在医疗领域，激光熔化被用于激光手术刀、激光治疗等高精度医疗器械的制造和应用。
当我们进行激光熔化工艺时，需要注意以下几点。
首先，选择合适的激光参数，包括激光功率、激光波长、激光脉冲频率等。
不同材料对激光参数有不同的要求，需要根据具体材料的性质和加工要求进行选择。
其次，精确控制激光的聚焦点和加工速度，确保激光能量被准确地传递到材料表面。
最后，注意控制熔化过程中产生的热量和能量，避免材料过热或热应力引起的变形和损伤。
总之，激光熔化工艺是一种高效、精确的材料加工方法。
通过合理选择激光参数和精确控制加工过程，可以实现对材料的高质量加工和定制制造。
随着激光技术的不断发展和创新，激光熔化工艺将在更多领域展现其巨大的潜力和应用价值。
钛铝异种合金选区激光熔化(SLM)成形的工艺
别对钛/钢连接、铝/钢连接等连接缺陷、金属间化合物反应层的特性以及各种工艺参数的变化对成型件表面质量、致密度等进行了研究，提出了用密度能量来衡量异种材料SLM 制造过程的连接质量，研究表明SLM 过程是一个制备杂化材料的有前途的方法。
1 实验方法实验选取TC4钛合金和AlSi10Mg 铝合金两种金属粉末开展异种材料增材工艺探索。
TC4钛合金的材料组成是Ti-6Al-4V ， 是典型的(α+β)型钛合金，比强度大，耐磨性高，具有良好的综合力学性能。
AlSi10Mg 具有良好的工艺，密度小，抗蚀性好。
两种材料在航空航天等领域的应用上都具有较大的潜力，材料化学成分如表1和表2所示，两种合金粉末粒度分析结果如表3所示。
实验用SLM 成型设备为华曙高科FS271M 激光3D 打印机设备参数如表4所示。
以打磨擦洗后的TC4钛合金板为沉积基板，先制备TC4合金试块，然后在TC4合金试块上熔覆AlSi10Mg 合金，制备时采用氩气作为保护气体，研究不同工艺参数对钛铝异种合金成型的影响。
0 引言TC4钛合金比强度大，耐磨性高，具有良好的综合力学性能，AlSi10Mg 具有良好的工艺，密度小，抗蚀性好，Ti 合金和Al 合金以其高强重比优点在航空航天等产品结构轻量化设计中得到了广泛应用，将两者材料连接起来可以达到材料使用性能和经济效益的平衡[1-2]。
随着3D 打印技术的不断发展，其已经超越传统单材均质加工技术的限制，成为可实现多材料、功能梯度材料、多色及真彩色表面纹理贴图制件的直接制造，与传统加工工艺结合，可实现多种兼顾精度和形状复杂度的新型加工方法[3]。
张文奇[4]利用激光选区熔化(SLM)成形技术对AlSi10Mg 铸造铝合金的成形工艺进行了研究，获得了致密的成形，同时研究了热处理工艺对SLM 成形Al Si10Mg 试样组织及性能的影响，发现退火工艺对SLM 试样的组织及力学性能有着重要的影响。
黄建国[5]以Ti6Al4V(TC4)粉末为实验材料，研究了选区激光熔化成形TC4合金的工艺参数及力学性能，并探讨了工艺参数及热处理工艺对SLM 成形TC4钛合金的致密度、显微组织及力学性能的影响。
第4章 粉末材料选择性激光烧结增材制造系统
粉（成形后常需进行再烧结和渗铜处理）、覆裹热
凝树脂的细沙、覆蜡陶瓷粉和覆蜡金属粉等，近年 来更多的采用复合粉末。 粉末粒度一般在50-125 μm
复合粉末的两种混合形式：
粘接剂粉末与金属（陶瓷）粉末按一定比例机械混合。
金属（陶瓷）粉末放到粘接剂稀释液中，制备具有粘结 剂包覆的金属或陶瓷粉末。
高温烧结后处理后，由于制件内部空隙减少会导致体积收缩 ，影响制件的尺寸精度。炉内温度梯度不均匀会造成制件各个 方向收缩不一致而发生翘曲变形。
2. 热等静压
金属和陶瓷坯体均可采用热等静压进行后处理。 热等静压后处理工艺是通过流体介质将高温和高压同时均匀 地作用于坯体表面，消除其内部气孔，提高密度和强度，并改 善其它性能。使用温度范围为0.5Tm～0.7Tm ( Tm为金属或陶
激光扫描系统
将激光能量传递到待加工粉末上 粉末材料发生熔化、粘接，完成层面加工
目前，SLS增材制造主要采用XY直线导轨和振镜扫描。激光烧结成形过程中，为保证较好的烧结表
面质量和烧结精度，一般要求扫描速度在6m/min以上。扫描参数直接影响烧结件质量。烧结件的
强度主要取决于面内强度和层与层之间的粘结强度，面内强度和层间的粘结又取决于光斑直径的大 小及光点间的距离。此外，内应力的大小也与扫描间距有关。扫描方式的不同则会影响加工强度， 内应力及变形，扫描速度对成形速度和强度也有一定影响。
粘接剂包覆的粉末比机械混合的效果要好。
4.4 SLS增材制造的优缺点
优点：
1. 材料范围广，开发前景广阔
从理论上讲，任何受热粘结的粉末都有被用作SLS增材制
造成形材料的可能。通过材料或各类粘结剂涂层的颗粒制造 出适应不同需要的任何造型，控制下可以方便迅速地制造出传统加工方法难 以实现的复杂形状的零件。
激光选区熔化设备与工艺
要指标。而影响激光聚焦光斑的因素主要是光学系统。激光选区熔化设备的光学系统包
括激光器、扩束镜、扫描振镜、聚焦镜四部分组成。其中将激光器列入光学协同，因为
激光器是激光产生“源”，光晶体在光电转换下，产生激光，并经过光学放大器，输出
具有一定功率的激光。激光选区熔化设备最开始使用的是 YAG 激光，但 YAG 激光光晶
体容易损耗，稳定性不如目前的光纤激光器，所以目前几乎所有的设备生产商采用光纤
激光器。光纤激光器具有光电转换率高（25%左右）、光束质量好（可实现基模形式，
光束质量
1
2
M
)、寿命长（预计寿命在 10 年左右）、风冷、容易操作等优点。
Pro/Engineer 是 PTC 公司推出了基于特征造型的 CAD 系统，目前该系统提供特征造
型和尺寸驱动联合设计概念，具有较强的动态变型能力。
UG 是 Unigraphics solutions 公司推出的较完善的企业级 CAD/CAE/CAM/PDM 集成
系统，将实体、线框、表面功能与参数变量化技术结合一起。
Fig.2-2 The schematic of SLM direct manufacturing
本课题采用 SLM 成型装备为华南理工大学研开发的 Dimetal 系列设备，如图 2-3 为
Dimetal280 和 Dimetal100 两款设备，表 2-1 为两款设备主要参数。
华南理工大学博士学位论文
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积成三维实体。
Geomagic studio 是 Geomagtic 公司开发的一款逆向建模软件，其基于点云数据表达
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4.2 成型原理及工艺
4.2.3 工艺特点
缺点：
（1）由于激光器功率和扫描振镜偏转角度的限制， SLM设备能够成型的零件尺寸范围有限；
（2）由于使用到高功率的激光器以及高质量的光 学设备，机器制造成本高，目前国外设备售价居高不 下；
（3）由于使用了粉末材料，成型件表面质量差， 产品需要进行二次加工，才能用于后续的工作；
为实现金属粉末瞬间熔化，需要高功率密度的激光 器，并且光斑聚焦至几十微米，SLM技术目前都选用光 纤激光器，激光功率从50W到400W，功率密度达 5×106W/cm2以上。
SLM技术成型效果图
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4.2 成型原理及工艺
4.2.1 成型原理
4.1 概述
选区激光熔化技术思想来源于SLS技术并在其基础 上得以发展，但它克服了SLS技术间接制造金属零部件 的复杂工艺难题。得益于计算机的发展及激光器制造 技 未 的 逐 渐 成 熟 ， 德 国 Fraunhofer 激 光 技 术 研 究 所 （Fraunhofer Institute for Laser Technology，FILT）最 早深入的探索了激光完全熔化金属粉末的成型，并于 1995年首次提出了SLM技术。在其技术支持下，德国 EOS公司于1995年底制造了第一台设备。随后，英国、 德国、美国等欧美众多公司开始相关研究。
sPro 250商用3D打印机
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4.2 成型原理及工艺
4.2.1 成型原理
选区激光熔化（SLM）成型技术的工作原理与选区 激光烧结（SLS）类似。其主要的不同在于粉末的结合方 式不同，SLS是通过低熔点金属或粘结剂的熔化将高熔点 的金属或非金属粉末粘结在一起，SLM技术是将金属粉 末完全熔化，因此其要求激光功率密度要大大高于SLS。
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4.1 概述
德国EOSGmbH公司现在已经成为全球最大同时 也是技术最领先的选区激光熔化增材制造系统的制 造商。近年来，EOS公司的EOSINT M280增材制造 设备是该公司最新开发的SLM设备，采用了“纤维 激光”的新系统，可形成更加精细的激光聚焦点以 及很高的激光能量，可以将金属粉末直接烧结而得 到最终产品，大大提髙了生产效率。
EOSINT M280设备
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4.1 概述
美国3D Systems公司推出了sPro 250 SLM商用3D 打印机，使用高功率激光器，根据CAD数据逐层熔化 金属粉末，以创建功能性金属部件。该3D打印机能够 提供长达320mm（12.6英寸）的工艺金属零件的成型， 零件具有出色的表面光洁度、精细的功能性细节与严 格的公差。
在SLM成型过程中，提高粉末的成型性，就必须提高液态金属的润湿性。在成 型过程中，若液态金属成球，则说明液态金属的润湿性不好。液态金属对固体金属 的润湿性受工艺参数的影响，因此可优化工艺参数来提高特定粉末的润湿能力。
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4.2 成型原理及工艺
4.2.3 工艺特点 优点：
（1）能将CAD模型直接制成终端金属产品，只需要简单的后处理或表面处理工艺。 （2）适合各种复杂形状的工件。 （3）致密度几乎能达到100％，机械性能与锻造工艺所得相当。 （4）获得的金属零件具有很高的尺寸精度以及很好的表面粗糙度值。 （5）能以较低的功率熔化高熔点金属，使得用单一成分的金属粉末来制造零件成为可能， 而且可供选用的金属粉末种类也大大拓展了。 （6）能采用钛粉、镍基高温合金粉进行直接加工，解决在航空航天中应用广泛的、组织均 匀的高温合金零件复杂件加工难的问题；还能解决生物医学上组分连续变化的梯度功能材料的 加工问题。
成型原理：首先，通过切片软件对三维模型进 行切片分层，把模型离散成二维截面图形，并规划 扫描路径，再转化成激光扫描信息。扫描前，刮板 将送粉升降器中金属粉末均匀平铺到激光加工区， 随后计算器根据激光扫描信息控制扫描振镜偏转， 有选择性的将激光束照射到加工区，得到当前二维 截面的二维实体，然后成型区下降一个层厚，重复 上述过程，逐层堆积得到产品原型。
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3D打印成型工艺及材料
第4章选区激光熔化工艺及材料
3D打印技术研究所
第4章 选区激光熔化工艺及材料 Nantong Institute of Technology
1
概述
2
成型原理及工艺
3
成型系统
4
成型材料
5
成型影响因素
6
典型应用
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（4）加工过程中，容易出现球化和翘曲。
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4.3 成型系统
SLM的核心器件包括主机、激光器、光路传输系统等几个部分。
Байду номын сангаас
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4.3 成型系统
4.3.1主机
主机是构成SLM设备的最基本部件。从功能上分类，主机又由机架(包括各类支 架、底座和外壳等）、成型腔、传动机构、工作/粉缸、铺粉机构和气体净化系统 等部分构成。
SLM技术原理图
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4.2 成型原理及工艺
4.2.2 成型工艺
为了保证金属粉末材料的快速熔化，SLM技术需要高功率密度激光器，光斑聚 焦到几十μm到几百μm。SLM技术目前最常使用光束模式优良的光纤激光器，其激光 功率在50w以上，功率密度达5×106W/cm2以上。在高激光能量密度作用下，金属粉 末完全熔化，经散热冷却后可实现与固体金属冶金焊合成型。SLM技术正是通过此 过程，层层累积成型出三维实体的快速成型技术。
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4.3 成型系统
4.3.2 激光器
激光器是SLM设备提供能量的核心功能部件，直接决定SLM零件的成型质量。 SLM设备主要采甩光纤激光器，光束直径内的能量呈髙斯分布。光纤激光器指用掺稀 土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质，掺杂 光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔，泵浦光从反射镜M1入射到光纤中；从反射镜 M2输出激光。具有工作效率髙、使用寿命长和维护成本低等特点。主要工作参数有激 光功率、激光波长、激光光斑、光束质量等。