金屬零件激光選區(qū)熔化3D打印裝備與技術(shù)

1、111一林紅葉一霜染,一場(chǎng)秋雨一地寒。一欄落霞一處憂，一卷詩(shī)情一夕游。一渡飛瀑半山下，一行白鶴越峰翔。一竿悵惘一蓑遠(yuǎn)，一船離愁一帆行。一夢(mèng)十年一回首，一絲垂綸一葦輕。一枕鄉(xiāng)思黃花瘦，一雁獨(dú)行一弓驚。金屬零件激光選區(qū)熔化3D打印裝備與技術(shù)楊永強(qiáng)*，劉睿誠(chéng)，王迪（華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，廣州，510640）摘要：3D 打印技術(shù)正在快速改變我們傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和生活方式，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)性化、定制化為特點(diǎn)的3D打印制造技術(shù)被外界認(rèn)為將推動(dòng)第三次工業(yè)革命。激光選區(qū)熔化技術(shù)（Selective laser melting, SLM）是金屬零件3D打印技術(shù)的典型代表。本文以激光選區(qū)熔化技術(shù)為例概

2、括介紹了金屬3D打印設(shè)備與技術(shù)，包括SLM設(shè)備的基本構(gòu)成和成型原理，對(duì)比了國(guó)內(nèi)外的SLM設(shè)備參數(shù)，闡述了SLM設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域，并對(duì)SLM設(shè)備及技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵字：金屬零件3D打??；激光選區(qū)熔化；自動(dòng)化成型The equipment and technology of metal parts 3D printing based on Selective Laser Melting Yang Yongqiang, Liu Ruicheng, Wang DiSchool of Mechanical &Automotive Engineering, South China Univer

3、sity of Technology, Guangzhou 510640, ChinaAbstract: 3D printing technology is rapidly changing our traditional mode of production and way of life. 3D printing manufacturing technology, which is networked and personalized, will drive the third industrial revolution. Selective laser melting (SLM) is

4、a typical representative of the metal parts 3D printing technology. Based on the SLM technology, this paper gave an overview introduction on metal 3D printing equipment and technology, which include the basic constitution of SLM equipment and fabricating principle. Then, the parameters of SLM equipm

5、ent both at home and abroad were compared and the application fields of SLM equipment were introduced. At last, the development prospects of SLM equipment were discussed.Keywords: Metal parts 3D printing technologies; Selective Laser Melting; Automated fabricating 1 前言隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，機(jī)械加工行業(yè)不斷發(fā)展。而快速成型技

6、術(shù)，尤其是激光3D打印技術(shù)在機(jī)械加工行業(yè)中起到了越來(lái)越大的作用，并漸漸在制造業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，成為了如今機(jī)械制造業(yè)中不可或缺的一部分。3D 打印技術(shù)正在快速改變我們傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和生活方式，不少專家認(rèn)為，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)性化、定制化為特點(diǎn)的3D打印制造技術(shù)將推動(dòng)第三次工業(yè)革命1-3。金屬零件3D打印技術(shù)作為整個(gè)3D打印體系中最前沿和最有潛力的技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。按照金屬粉末的添置方式將金屬3D打印技術(shù)分為三類：（1）使用激光照射預(yù)先鋪展好的金屬粉末，即金屬零件成型完畢后將完全被粉末覆蓋。這種方法目前被設(shè)備廠家及各科研院所廣泛采用，包括直接金屬激光燒結(jié)成型（Direct Me

7、tal Laser Sintering, DMLS）4-5、激光選區(qū)熔化（Selective laser melting, SLM）6和LC（Laser Cusing）7 等；（2）使用激光照射噴嘴輸送的粉末流，激光與輸送粉末同時(shí)工作（Laser Engineered Net Shaping，LENS）8。該方法目前在國(guó)內(nèi)使用比較多；（3）采用電子束熔化預(yù)先鋪展好的金屬粉末（Electron Beam Melting, EBM）9，此方法與第1類原理相似，只是采用熱源不同。激光選區(qū)熔化技術(shù)是金屬3D打印領(lǐng)域的重要部分，其采用精細(xì)聚焦光斑快速熔化300500目的預(yù)置粉末材料，幾乎可以直接獲得任意

8、形狀以及具有完全冶金結(jié)合的功能零件。致密度可達(dá)到近乎100%，尺寸精度達(dá)2050微米，表面粗糙度達(dá)2030微米，是一種極具發(fā)展前景的快速成型技術(shù)4，而且其應(yīng)用范圍已拓展到航空航天、醫(yī)療、汽車(chē)、模具等領(lǐng)域。目前SLM設(shè)備的研究和開(kāi)發(fā)也成為了國(guó)內(nèi)外快速成型領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本文對(duì)SLM設(shè)備的組成和成型原理進(jìn)行了一個(gè)概述性的介紹，對(duì)比了國(guó)內(nèi)外SLM設(shè)備的參數(shù)，并對(duì)SLM設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。2 SLM技術(shù)的原理和設(shè)備組成2.1 SLM成型設(shè)備SLM設(shè)備一般由光路單元、機(jī)械單元、控制單元、工藝軟件和保護(hù)氣密封單元幾個(gè)部分組成。光路單元主要包括光纖激光器、擴(kuò)束鏡、反射鏡、掃描振鏡和F-聚焦透鏡等。激光器

9、是SLM設(shè)備中最核心的組成部分，直接決定了整個(gè)設(shè)備的成型質(zhì)量。近年來(lái)幾乎所有的SLM設(shè)備都采用光纖激光器，因光纖激光器具有轉(zhuǎn)換效率高、性能可靠、壽命長(zhǎng)、光束模式接近基模等優(yōu)點(diǎn)。由于激光光束質(zhì)量很好，激光束能被聚集成極細(xì)微的光束，并且其輸出波長(zhǎng)短，因而光纖激光器在精密金屬零件的激光選區(qū)熔化快速成型中有著極為明顯的優(yōu)勢(shì)。擴(kuò)束鏡是對(duì)光束質(zhì)量調(diào)整必不可少的光學(xué)部件，光路中采用擴(kuò)束鏡是為了擴(kuò)大光束直徑，減小光束發(fā)散角，減小能量損耗。掃描振鏡由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，可以使激光光斑精確定位在加工面的任一位置。為了克服掃描振鏡單元的畸變，須用專用平場(chǎng)F-掃描透鏡，使得聚焦光斑在掃描范圍內(nèi)得到一致的聚焦

10、特性。機(jī)械單元主要包括鋪粉裝置、成型缸、粉料缸、成型室密封設(shè)備等。鋪粉質(zhì)量是影響SLM成型質(zhì)量的關(guān)鍵因素，目前SLM設(shè)備中主要有鋪粉刷和鋪粉滾筒兩大類鋪粉裝置。成型缸與粉料缸由電機(jī)控制，電機(jī)控制的精度也決定了SLM的成型精度?？刂葡到y(tǒng)由計(jì)算機(jī)和多塊控制卡組成，激光束掃描控制是由計(jì)算機(jī)通過(guò)控制卡向掃描振鏡發(fā)出控制信號(hào)，控制X/Y掃描鏡運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)激光掃描。設(shè)備控制系統(tǒng)完成對(duì)零件的加工操作。主要包括以下功能：（1）系統(tǒng)初始化、狀態(tài)信息處理、故障診斷和人機(jī)交互功能；（2）對(duì)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行各種控制，提供了對(duì)成型活塞、供粉活塞、鋪粉滾筒的運(yùn)動(dòng)控制；（3）對(duì)掃描振鏡控制，設(shè)置掃描振鏡的運(yùn)動(dòng)速度和掃描延時(shí)等；（

11、4）設(shè)置自動(dòng)成型設(shè)備的各種參數(shù)，如調(diào)整激光功率，成型缸、鋪粉缸上升下降參數(shù)等。（5）提供對(duì)成型設(shè)備五個(gè)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制，完成對(duì)零件的加工操作。根據(jù)SLM工藝的需要，其所涉及的專業(yè)軟件主要有三類：切片軟件、掃描路徑生成軟件和設(shè)備控制軟件。切片軟件實(shí)施的切片處理是快速成形軟件的關(guān)鍵內(nèi)容之一，其功能是將零件的三維CAD模型轉(zhuǎn)化成二維的切片模型，得到一層層的截面輪廓數(shù)據(jù)。在SLM工藝中，最基本的操作是控制激光進(jìn)行掃描。由于分層得到的截面信息是輪廓數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行內(nèi)部填充。掃描路徑生成軟件的功能就是由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑?？偪剀浖饕獙?duì)成型過(guò)程進(jìn)行控制，顯示加工狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。2.2 SLM成型

12、原理SLM技術(shù)的基本原理是：先在計(jì)算機(jī)上利用pro/e、UG、CATIA等三維造型軟件設(shè)計(jì)出零件的三維實(shí)體模型，然后通過(guò)切片軟件對(duì)該三維模型進(jìn)行切片分層，得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑，設(shè)備將按照這些填充掃描線，控制激光束選區(qū)熔化各層的金屬粉末材料，逐步堆疊成三維金屬零件。圖1 SLM成型原理圖 在設(shè)備中的具體成型過(guò)程如圖1所示：激光束開(kāi)始掃描前，鋪粉裝置先把金屬粉末平推到成型缸的基板上，激光束再按當(dāng)前層的填充輪廓線選區(qū)熔化基板上的粉末，加工出當(dāng)前層，然后成型缸下降一個(gè)層厚的距離，粉料缸上升一定厚度的距離，鋪粉裝置再在已加工好的當(dāng)前層上鋪好金屬粉末。設(shè)備調(diào)入下一層輪廓的數(shù)據(jù)進(jìn)

13、行加工，如此層層加工，直到整個(gè)零件加工完畢。整個(gè)加工過(guò)程在通有惰性氣體保護(hù)的加工室中進(jìn)行，以避免金屬在高溫下與其他氣體發(fā)生反應(yīng)。3 國(guó)內(nèi)外SLM設(shè)備現(xiàn)狀和技術(shù)對(duì)比 世界范圍內(nèi)已經(jīng)有多家成熟的SLM設(shè)備制造商，包括德國(guó)EOS公司（EOSING M270及其M280）5，德國(guó)ReaLizer公司10，SLM Solutions公司12，Concept laser 公司（M Cusing系列）7，美國(guó)3D公司（Sinterstation系列）11 ，Renishaw PLC公司（AM系列）12和Phenix systems公司12等。上述廠家都開(kāi)發(fā)出了不同型號(hào)的機(jī)型，包括不同的零件成型范圍和針對(duì)不同

14、領(lǐng)域的定制機(jī)型等，以適應(yīng)市場(chǎng)的個(gè)性化需求。雖然各個(gè)廠家SLM設(shè)備的成型原理基本相同，但是不同設(shè)備之間的參數(shù)還是有很大的不同，表1是對(duì)國(guó)外不同SLM設(shè)備的對(duì)比：表1 國(guó)外SLM設(shè)備各個(gè)參數(shù)對(duì)比5-13廠家設(shè)備名稱典型材料能量源成型件范圍(mm)鋪粉裝置層厚(µm)光學(xué)系統(tǒng)聚焦光斑直徑(µm)最大掃描速度(m/s)成型室內(nèi)環(huán)境EOSEOSING M270鐵基合金、銅合金、鈦合金等200W fiber laser250×250×215壓緊式鋪粉刷30-100F-聚焦鏡+掃描振鏡100-5005預(yù)熱+真空EOSING M280200W/400W fiber la

15、ser250×250×32530-6060-3007預(yù)熱+真空ReaLizerSLM 100不銹鋼、鈦合金、鈷鉻合金等50W fiber laser125×100柔性鋪粉刷20-50F-聚焦鏡+掃描振鏡30-505無(wú)預(yù)熱+真空SLM 250200W fiber laser250×250×30020-5050-1005無(wú)預(yù)熱+真空SLM 300200W/400W fiber laser300×300×30020-10070-2005無(wú)預(yù)熱+真空Concept laserM1不銹鋼、鈦合金、鈷鉻合金等50W fiber lase

16、r120×120×120壓緊式鋪粉刷20-50F-聚焦鏡+數(shù)控激光頭移動(dòng)30-505無(wú)預(yù)熱+無(wú)真空M2200W fiber laser250×250×28020-5050-2005無(wú)預(yù)熱+無(wú)真空M3200W fiber laser300×350×30020-5070-3007無(wú)預(yù)熱+真空Mlab100w/50w fiber laser90×90×8020-5020-807無(wú)預(yù)熱+無(wú)真空SLM solutionsSLM 250HL不銹鋼、鈦合金、鈷鉻合金、銅合金等200W fiber laser250×25

17、0×250壓緊式鋪粉刷30-100F-聚焦鏡+掃描振鏡70-3005無(wú)預(yù)熱+真空SLM 280HL400w/1000w fiber laser280×280×35030-30070-2005無(wú)預(yù)熱+真空3D SystemssPro 125不銹鋼、鈦合金等100W fiber laser150×150×150柔性鋪粉刷50-100F-聚焦鏡+掃描振鏡70-2007無(wú)預(yù)熱+真空sPro 250200W fiber laser250×250×30050-20050-1507無(wú)預(yù)熱+真空Renishaw PLCAM125不銹鋼、鈦合

18、金、鈷鉻合金100W fiber laser125×125×125壓緊式鋪粉滾筒30-100F-聚焦鏡+掃描振鏡70-1005無(wú)預(yù)熱+真空AM250200W /400W fiber laser250×250×30030-10070-1005無(wú)預(yù)熱+真空Phenix systemsPXL不銹鋼、鈦合金等200W fiber laser250×250×300柔性鋪粉刷20-50F-聚焦鏡+掃描振鏡50-1007無(wú)預(yù)熱+真空EOS是一家較早進(jìn)行激光成型設(shè)備開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的公司，其生產(chǎn)的SLM設(shè)備具有世界領(lǐng)先的技術(shù)。圖2所示是EOS生產(chǎn)的SLM設(shè)

19、備EOSING M270，如上表所示，該設(shè)備的各種參數(shù)都具有很大的優(yōu)勢(shì)。圖2 EOSING M270EOSING M270設(shè)備成型的金屬零件致密度可以達(dá)到近乎100%，尺寸精度在20-80m，表面粗糙度Ra在15-40m，能夠成型的最小壁厚是0.3-0.4mm。EOS公司將該設(shè)備應(yīng)用在牙橋牙冠的批量生產(chǎn)中，目前成型工藝已經(jīng)很成熟，一次成型牙冠可以達(dá)到500個(gè)5。制造成果如圖3所示：圖3 M270制造的金屬牙冠德國(guó)的Realizer公司一直致力于SLM設(shè)備的研究和開(kāi)發(fā)，到目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出成熟的商品化SLM設(shè)備，包括SLM 100、SLM 250和SLM 300三種機(jī)型。圖4所示是SLM 250的外

20、觀：圖4 SLM 250其中SLM 250可成型致密度近乎100%的金屬零件，尺寸精度為20-100m，表面粗糙度Ra達(dá)到10-15m，還可以成型壁厚小于0.1mm的薄壁零件。而且SLM 250可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)制造，可日夜工作，有很高的制造效率。Realizer的SLM設(shè)備目前在金屬模具制造、輕量化金屬零件制造、多孔結(jié)構(gòu)制造和醫(yī)學(xué)植入體領(lǐng)域有較為成熟的應(yīng)用10。圖5所示的就是SLM 250設(shè)備制造的鈦合金醫(yī)學(xué)植入體：圖5 鈦合金醫(yī)學(xué)植入體德國(guó)Concept Laser公司是Hofmann集團(tuán)的成員之一，是世界上主要的金屬激光熔鑄設(shè)備生產(chǎn)廠家之一。公司50年來(lái)豐富的工業(yè)領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)，為生產(chǎn)高精度金屬熔鑄

21、設(shè)備夯實(shí)了基礎(chǔ)。Concept Laser公司目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了四代金屬零件激光直接成型設(shè)備：M1、M2、M3和Mlab。其成型設(shè)備比較獨(dú)特的一點(diǎn)是它并沒(méi)有采用振鏡掃描技術(shù)，而使用x/y軸數(shù)控系統(tǒng)帶動(dòng)激光頭行走，所以其成型零件范圍不受振鏡掃描范圍的限制，成型精度同樣達(dá)到50微米以內(nèi)14。圖6是M3設(shè)備的外形圖：圖6 Concept Laser M3其中Concept Laser公司的M3設(shè)備可以成型致密度近乎100%的金屬零件，尺寸精度在20-100m，表面粗糙度Ra在10-15m，可成型的最小壁厚在0.3-0.4mm，而且該設(shè)備可成型的范圍較大，達(dá)到300×300×350mm

22、。圖7是Concept Laser的SLM設(shè)備在精密金屬零件制造中的應(yīng)用：圖7 M3設(shè)備制造的精密金屬零件14美國(guó)3D System是一家實(shí)力很強(qiáng)、設(shè)備很齊全的3D打印設(shè)備公司，其中主要以光固化設(shè)備和SLS設(shè)備為主，成型材料為樹(shù)脂和高分子材料。目前也開(kāi)發(fā)出了成型金屬材料的SLM設(shè)備：sPro 125和sPro 250，成型的材料包括不銹鋼、鈦合金等，成型件致密度能夠達(dá)到99%，表面粗糙度Ra在10-50m12。國(guó)內(nèi)的SLM領(lǐng)域，主要有華南理工大學(xué)15-17，華中科技大學(xué)18-20，南京航空航天大學(xué) 21，北京工業(yè)大學(xué)22和中北大學(xué)23等高校。每個(gè)單位的研究重點(diǎn)各有優(yōu)勢(shì)與不同。表2是對(duì)國(guó)內(nèi)SLM

23、設(shè)備的參數(shù)對(duì)比：表2 國(guó)內(nèi)SLM設(shè)備的參數(shù)對(duì)比15-20機(jī)構(gòu)設(shè)備名稱典型材料能量源成型件范圍(mm)鋪粉裝置層厚(µm)光學(xué)系統(tǒng)聚焦光斑直徑(µm)最大掃描速度(m/s)成型室內(nèi)環(huán)境華南理工大學(xué)DiMetal-240不銹鋼與純鈦、鈦合金等、鈷鉻合金等200W YAG240×240×250壓緊式鋪粉滾筒20-100普通聚焦鏡+掃描振鏡50-705無(wú)預(yù)熱+無(wú)真空DiMetal-280200W fiber laser280×280×300壓緊式鋪粉刷20-100F-聚焦鏡+掃描振鏡50-705DiMetal-100200W fiber la

24、ser100×100×130柔性鋪粉刷20-100F-聚焦鏡+掃描振鏡20-607華中科技大學(xué)HRPM不銹鋼與鈦合金等150W YAG250×250×400壓緊式鋪粉滾筒50-100三維振鏡動(dòng)態(tài)聚焦60-1205無(wú)預(yù)熱+無(wú)真空HRPM100W fiber laser250×250×400壓緊式鋪粉滾筒50-100F-聚焦鏡+掃描振鏡50-805華南理工大學(xué)激光加工實(shí)驗(yàn)室分別于2004年、2007年研發(fā)了DiMetal-240、DiMetal-280，并于2012年開(kāi)發(fā)了最新一款預(yù)商業(yè)化設(shè)備 DiMetal-100。三款設(shè)備的外形如圖8

25、所示： a b c圖8 （a）DiMetal-240, (b) DiMetal-280, (c) DiMetal-100其中DiMetal-100能夠成型致密度近乎99%的金屬零件，表面粗糙度Ra在5m-30m之間，具有很高的尺寸精度。圖9所示是華南理工大學(xué)在探索SLM應(yīng)用過(guò)程中的典型實(shí)例15-17，其中每個(gè)例子的開(kāi)發(fā)成功都具有良好的市場(chǎng)價(jià)值。 (a) (b)（c）圖9 Dimetal-100應(yīng)用探索：（a）具有復(fù)雜水冷與保護(hù)氣通道噴嘴，（b）自由曲面耦合設(shè)計(jì)的齒輪，（c）萬(wàn)向節(jié)免組裝機(jī)構(gòu)華中科技大學(xué)目前開(kāi)發(fā)了兩套SLM設(shè)備：HRPM系統(tǒng)和HRPM系統(tǒng)。其中HRPM系統(tǒng)采用150W的YAG激光

26、器，光束質(zhì)量不夠理想；而且采用雙缸下送粉方式，設(shè)備體積龐大，制造成本高，送粉時(shí)間長(zhǎng)，影響制件生產(chǎn)效率。而HRPM系統(tǒng)采用 SPI 100 W 光纖激光器，采用雙缸下送粉方式，在超輕結(jié)構(gòu)復(fù)雜件的制備方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)18-20。從以上對(duì)比中也可以發(fā)現(xiàn)，與國(guó)外的SLM設(shè)備相比，國(guó)內(nèi)的SLM設(shè)備還存在一定的差距，在成型精度和過(guò)程控制方面還需要改進(jìn)。4 SLM設(shè)備的展望縱觀國(guó)內(nèi)外的SLM設(shè)備和應(yīng)用情況，SLM設(shè)備在以下的方面還需要不斷的改進(jìn)和發(fā)展。（1） 高性價(jià)比趨勢(shì)SLM設(shè)備對(duì)于目前的機(jī)械加工業(yè)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)極大的創(chuàng)新和補(bǔ)充，但是SLM設(shè)備高昂的價(jià)格阻礙了它的推廣和應(yīng)用。國(guó)外SLM設(shè)備售價(jià)大概在500

27、-700萬(wàn)元人民幣，還不包括后續(xù)的材料使用費(fèi)等，國(guó)內(nèi)的科研院所或者企業(yè)一般承擔(dān)不了如此高的成本。為了更好的推廣和發(fā)展，SLM設(shè)備必將不斷降低成本，向著一個(gè)高性價(jià)比的趨勢(shì)發(fā)展。（2）成型大尺寸零件趨勢(shì)目前由于激光器功率和掃描振鏡偏轉(zhuǎn)角度的限制，SLM設(shè)備能夠成型的零件尺寸范圍有限，這使得SLM設(shè)備無(wú)法成型較大尺寸的金屬零件，也限制了SLM技術(shù)的推廣應(yīng)用。目前國(guó)外的SLM設(shè)備廠家正在研發(fā)大尺寸零件的成型設(shè)備，如目前Concept Laser公司開(kāi)發(fā)出的M3設(shè)備已經(jīng)能夠成型尺寸達(dá)到300×350×300mm的金屬零件。（3）與傳統(tǒng)加工方法結(jié)合的趨勢(shì)SLM技術(shù)雖然具有很多的優(yōu)勢(shì)，但

28、它也有制造成本高，成型件表面質(zhì)量差等缺陷。因此若是能將SLM技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)加工方法結(jié)合起來(lái)，同時(shí)發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，將使制造技術(shù)提升一個(gè)臺(tái)階。目前日本Matsuura公司開(kāi)發(fā)出了金屬光造型復(fù)合加工設(shè)備LUMEX Avance-25，該設(shè)備將金屬激光成型和高速、高精度的切削加工結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合加工技術(shù)。LUMEX Avance-25設(shè)備可在一臺(tái)裝置內(nèi)交替進(jìn)行金屬激光成型和采用立銑刀的切削精加工。這樣，實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)機(jī)加工方法相當(dāng)?shù)某叽缇群捅砻娲植诙?，還能夠加工出傳統(tǒng)加工方法無(wú)法成型的復(fù)雜形狀零件。此外這種復(fù)合加工技術(shù)還能夠使制造周期大幅縮短，使一個(gè)金屬零件從設(shè)計(jì)到加工的工期縮短了61.5%。這種

29、技術(shù)必然是今后SLM設(shè)備發(fā)展的一種趨勢(shì)12。（4）訂制化、智能化趨勢(shì)隨著各種部件不斷輕量化和集成化的發(fā)展，未來(lái)將出現(xiàn)訂制化的便攜式SLM設(shè)備。這些SLM設(shè)備將成為今后人們生產(chǎn)和工作中的實(shí)用工具，顛覆傳統(tǒng)制造方式，并改變?nèi)藗兊纳罘绞?。球化和翹曲是SLM成型過(guò)程中最主要的缺陷，為了克服這些缺陷，制造出高質(zhì)量的金屬成型件，未來(lái)的SLM設(shè)備需要具有智能化的過(guò)程控制功能。球化是由每一層粉末熔化時(shí)的微小缺陷累積而成，而每一層的成型質(zhì)量由工藝參數(shù)決定。因此如果能夠在SLM成型過(guò)程中實(shí)現(xiàn)智能實(shí)時(shí)監(jiān)控，在出現(xiàn)微小缺陷時(shí)就自動(dòng)調(diào)整工藝參數(shù)消除缺陷，這樣就能避免成型缺陷，得到高質(zhì)量高精度的金屬零件。5 結(jié)論金屬零

30、件3D打印技術(shù)作為整個(gè)3D打印體系中最為前沿和最有潛力的技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。SLM設(shè)備一般由光路單元、機(jī)械單元、控制單元、工藝軟件、保護(hù)氣密封單元幾個(gè)部分組成。國(guó)內(nèi)外有多家科研機(jī)構(gòu)和廠家都開(kāi)發(fā)出了較為先進(jìn)的SLM設(shè)備，并且有了成熟的應(yīng)用。開(kāi)發(fā)高效率、高性價(jià)比、大范圍和結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)加工方法的SLM設(shè)備，是未來(lái)金屬3D打印的發(fā)展方向。參考文獻(xiàn)1 Alan Faulkner-Jones. Development of a valve-based cell printer for the formation of human embryonic stem cell spheroid ag

31、gregatesJ. Biofabrication. 2013,1:1-122 楊永強(qiáng)，吳偉輝. 選區(qū)激光熔化快速成型系統(tǒng)及工藝研究J. 新技術(shù)新工藝·熱加工工藝技術(shù)與裝備，2006（6）：48-50.3 顏永年，齊海波，林 峰 等. 三維金屬零件的電子束選區(qū)熔化成形J. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2007 ,43（6）：87-92.4I.Yadroitsev, I.shishkovsky, P. Bertrand, I.Smurov. Manufacturing of fine-structured 3D Porous filter elements by selective laser me

32、ltingJ. Applied Surface Science , 2009,255: 523-55275EOSINT M 270 Laser-sintering system for the production of tooling inserts for injection moulding and die-casting as well as prototypes and end products directly in metal, Electro Optical Systems (/products/metal-laser-sintering)6吳偉輝,楊永強(qiáng),王迪,等. 激光選區(qū)熔化變密度快速制造工藝研究J.中國(guó)激光, 2010,37(7),1879-1884.7LaserCUSING-fusion of single-component metallic powder materials, Concept Laser (www.concept-laser.de)8LENS Technology-Optomec,(9Electron Beam Melting(EBM), Acram