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激光3D打印的过程与原理

　　3D打印机是根据系统内目标件的形状参数，利用激光或其他精准加热技术将金属、陶瓷、塑料、砂等不同打印材料在指定位置融化，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，再把它们逐层粘结起来，就得到了立体的目标件。整个过程是在电脑的控制下，由3D打印机系统自动完成的。这个制造过程可以比喻为一个“积分”的过程。该技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。

　　3D打印技术中利用激光的技术主要有，SLS（Selective Laser Sintering，选择性激光烧结）、DMLS（Direct Metal Laser-Sintering，直接金属激光烧结技术）、SLM（Selective Laser Manufacturing，选择性激光熔化成型）等。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成型原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是“分层制造，逐层叠加”。

激光3D打印成型技术对比
成型技术	增材材料	优点	缺点
SLS	各种金属、高分子材料的混合粉末	选材范围广、成型工艺简单	成型件强度较低、表面质量较差
DMLS	多元成分金属粉末	省去了昂贵费时的预处理、后处理	存在球化效应、成型复杂金属零件有较大难度
SLM	单元成分金属粉末	可生成复杂结构的合金零件，无需复杂预处理、后处理	存在球化效应、内部有可能存在孔隙、裂纹

　　SLS（选择性激光烧结）技术是最早的3D打印技术，最初由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.Deckard于1989年提出。该技术的打印材料一般是经过预处理的金属和高分子材料的混合粉末，成型过程中粉体材料发生部分熔化，通过一系列后处理工艺实现粉体致密化，以形成烧结。该技术的优点在于选材范围广（比如尼龙、腊、ABS、金属和陶瓷粉末等都可以作为原材料）、成型工艺简单；缺点在于烧结好的零件强度较低、表面质量较差等。DMLS（直接金属激光烧结）与SLS的原理基本相同，属于SLS技术的延伸，不同之处在于DMLS直接进行多元组分金属粉末的激光烧结，其中高熔点金属粉末作为骨架金属，低熔点金属粉末作为粘结金属。

　　DMLS的优点在于取消了昂贵且费时的预处理和后处理工艺步骤；缺点在于由于金属的“球化效应”，成型形状复杂的金属零部件有较大难度。SLM（选择性激光熔化成型）技术最初由德国Fraunhofer研究所于1995年提出。得益于高能光纤激光器、铺粉精度提高的发展，实现了金属粉体的完全融化。

　　SLM技术是在SLS技术的基础上发展起来的，二者基本原理类似。SLM技术一般使用单一组分金属粉末，高功率密度激光束快速熔化金属粉末并获得连续的扫描线。该技术的优点是可以为高性能、复杂结构的合金零件提供崭新技术途径，无需预处理、后处理；缺点是存在球化效应及内部孔隙、裂纹的等问题。

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