相比於大數據、VR、人工智能，如今的（de）3D打印其實算不上很新的技術了（le），這項技術已經走（zǒu）過了30多年的曆史。

那麽金屬3D打印裏麵到底有幾多千秋？不同的金屬3D打印技術又在打印材料和冶金領域有著怎樣的差異？本期，3D科學穀與穀友（yǒu）一起（qǐ）來領略金屬（shǔ）D打印的冶金和加工科學。

金屬打印的

由來與下一步（bù）

與金屬增材製造相（xiàng）關的最早的一項（xiàng）3D打（dǎ）印技術是SLS-選擇性激光燒結技術，當時是（shì）用來燒結塑料粉末。而在（zài）1990年，Manriquez-Frayre和Bourell實現了通過（guò）SLS技術打印金屬製品的應用。

發展（zhǎn）到今（jīn）天，當我們一提起金屬3D打（dǎ）印的時候（hòu），通常指的是SLM-選擇性激光融化技術，而SLS技術更多的用來燒結金屬之外的其（qí）他材料。

SLM技術（shù）是如此的讓人著迷，以至於我（wǒ）們（men）忽略了（le）另外一項金（jīn）屬3D打印技術DED-直接能量沉積技術，通過電子束、等離子或者（zhě）是激（jī）光將金屬絲/粉末融化通過焊接的方式將金屬產品以近淨形的（de）方式製造出來。

選擇性激光燒結（jié）（SLS）技術是德克薩斯（sī）大學奧斯汀分校的Carl Deckard博士和學院顧問Joe Beanman博士在1984年申請（qǐng）的。3D Systems通過收購的（de）方式從DTM手中獲得了此項技術，但在2014年專利過期後，新湧現（xiàn）的3D打印機製造商旨在使SLS這一昂貴的工業打印（yìn）工（gōng）藝走下了神壇。

SLM選擇性激光熔化（huà）的創始（shǐ）專（zhuān）利來源於德國Fraunhofer Institute所有（yǒu）的激（jī）光技術研究院，而該專利的到期日是2016年12月。EOS在1995年推出了（le）第一台（tái）商業SLM設備，並且通過取得3D Systems專利授權的方式獲得了SLS技術（shù）專利的使用權利。另外一家公司，Arcam在2000年通過Adersson&Larsson的專利獲得了EBM技術的使用權利，並與2002年推（tuī）出了第一台商業化EBM打印設備。

隨著最初的3D打印設（shè）備專利全麵到期，以及金屬加工的過程中控製，粉末技術（shù）的發展，並且隨著GE收購Arcam和Concept laser,金屬3D打印也迎來了走向成（chéng）熟的時期。根據GE增材（cái）製造負責人（rén）Greg Morris，GE將在2到3年內（nèi）提高3D打印的（de）速度，他們未來希望達到現在速度的100倍。而隨著設備（bèi）加工技術（shù）的提升，加之（zhī）材料的（de）配合以及（jí）價格的合理化，金屬3D打印勢必在產業化領（lǐng）域的（de）道路越來越寬。而對於（yú）加工應用方來說，要迎（yíng）接這樣的技術（shù）浪潮，了解金屬3D打印的冶（yě）金加工學就（jiù）成為必（bì）修課。

的確（què），在金屬加工過（guò）程（chéng）中，發生著許多微妙的事情。就拿SLM選擇性激光融化技術來說，在激光（guāng）對粉末的融化加工過程中，每個激光點創建了一個微型熔池，從粉末融化到冷卻成為固體結構，光斑的大小（xiǎo）以及功率帶來的熱量的大小決定了這（zhè）個微型熔池的大小，從而（ér）影響著零件的微晶結構。並且（qiě），為了融（róng）化粉末，必須有充足的激光能量被轉移到材料中，以熔化中心區的粉末，從而創建完（wán）全致密的部分，但同時熱量的傳導超出了激（jī）光光斑周長，影響到周圍的粉末，出現（xiàn）半融化的粉末，從而產生孔（kǒng）隙的（de）現象。

從設備領域，為了（le）達到（dào）激光定位與聚焦，根據3D科學（xué）穀的市場研（yán）究大多數激光熔化係統使用電流計掃描振鏡，最新出現的技術是動（dòng）態（tài）聚焦係統係統，通過在galva振鏡的上遊激光光束線（xiàn）中放置更小的鏡頭，來調整光學係統焦（jiāo）距的變化。

對於應用端來說，除了設備的（de）配置這樣的剛性條件（jiàn），冶金性能方（fāng）麵還（hái）與金（jīn）屬3D打印過程（chéng）的諸多條件相關。加工參數（shù）的設置（zhì）、粉末（mò）的質量與顆粒情況、加工中惰（duò）性氛圍的控（kòng）製、激光掃描策略（luè）、激光光斑大小以及與粉末的接觸情況、熔池與冷卻（què）控製情況等等都帶來了不（bú）同（tóng）的冶金結果。

通常來說加工越快，表麵粗糙度越高（gāo），這是兩個此起彼長的相關變量。另外（wài），殘餘應力是DED以及SLM加工技術所麵臨的共同話（huà）題，殘餘應（yīng）力將影響後（hòu）處理和機械性能參數。不過，根據3D科（kē）學穀的（de）市場研（yán）究，根據（jù）對（duì）冶金方麵的（de）駕馭能力，殘餘應力也可以用來幫助促進再結晶和細小的等軸晶組織的形成（chéng）。

在過去的五年裏,對於金屬打印過程中微觀結構的理解和（hé）新合（hé）金的加工性能已經（jīng）獲得了不少的進步。同時還觀察到微觀結構的非均質性，在這（zhè）方麵通過表征工作（柱狀（zhuàng）晶、高取向、孔隙度等）獲取對加工冶金學的進一步理解，從而不僅提高金屬3D打（dǎ）印的工藝控製能（néng）力，還為（wéi）材料製備以（yǐ）及後處理提（tí）出了新（xīn）的要求。