可以采用金属3D打印技术

目前可用于直接制造金属功能零件的快速成型方法主要有：包括选区激光烧结（Selective Laser Sintering, SLS）技术、直接金属粉末激光烧结(Direct  Metal  Laser Sintering，DMLS)、选区激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）技术、激光近净成形（Laser Engineered Net Shaping, LENS）技术和电子束选区熔化（Electron Beam Selective Melting, EBSM）技术。

国外对金属零件3D打印技术的理论与工艺研究相对较早，且在近几年已有多家公司推出商品化的设备。而国内的研究主要集中在基础的工艺，华南理工大学的研究重点是SLM技术，清华大学以EBM技术为主，南京航空航天大学和华中科技大学主要研究选区激光烧结技术，近期也涉及到SLM工艺。西北工业大学深入研究了LENS工艺。

金属的3D打印技术分类

选区激光烧结（SLS）

选择性激光烧结技术(SLS)最初是由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Carl Deckard于1989年在其硕士论文中提出的。选区激光烧结，顾名思义，所采用的冶金机制为液相烧结机制，成形过程中粉体材料发生部分熔化，粉体颗粒保留其固相核心，并通过后续的固相颗粒重排、液相凝固粘接实现粉体致密化。美国DTM公司于1992年推出了该工艺的商业化生产设备SinterSation。德国的EOS公司在这一领域也做了很多研究工作,并开发了相应的系列成型设备。国内有如华中科技大学、南京航空航天大学、西北工业大学、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等,多家单位进行SLS的相关研究工作,也取得了重大成果。

直接金属激光成形（DMLS）

SLS制造金属零部件,通常有两种方法,其一为间接法,即聚合物覆膜金属粉末的SLS;其二为直接法,即直接金属粉末激光烧结(DirectMetalLaserSintering, DMLS)。自从1991年金属粉末直接激光烧结研究在Leuvne的Chatofci大学开展以来,利用SLS工艺直接烧结金属粉末成形三维零部件是快速原型制造的最终目标之一。与间接SLS技术相比,DMLS工艺最主要的优点是取消了昂贵且费时的预处理和后处理工艺步骤。

选区激光熔化（SLM）

SLM 的思想最初由德国Fraunhofer研究所于1995年提出，2002年该研究所对SLM 技术的研究取得巨大的成功。世界上第一台SLM设备由英国MCP（Mining and Chemical Products Limited）集团公司下辖的德国 MCP-HEK 分公司已于 2003 年底推出。为获取全致密的激光成形件，同时也受益于2000年之后激光快速成形设备的长足进步（表现为先进高能光纤激光器的使用、铺粉精度的提高等），粉体完全熔化的冶金机制被用于金属构件的激光快速成形。例如，德国著名的快速成形公司EOS公司，是世界上较早开展金属粉末激光烧结的专业化公司，主要从事SLS金属粉末、工艺及设备研发。而该公司新近研发的EOSINTM270/280型设备，虽继续沿用“烧结”这一表述，但已装配200W光纤激光器，并采用完全熔化的冶金机制成形金属构件，成形性能得以显著提高。目前，作为SLS技术的延伸，SLM术正在德国、英国等欧洲国家蓬勃发展。即便继续沿用“选区激光烧结”（SLS）这一表述，实际所采用的成形机制已转变为粉体完全熔化机制。

电子束熔化(EBM)

1994年瑞典 ARCAM 公司申请的一份专利，所开发的技术称为电子束熔化成形技术（Electron Beam Melting），ARCAM公司也是世界上第一家将电子束快速制造商业化的公司，并于2003 年推出第一代设备，此后美国麻省理工学院、美国航空航天局、北京航空制造工程研究所和我国清华大学均开发出了各自的基于电子束的快速制造系统。美国麻省理工学院开发的电子束实体自由成形技术（ Electron  Beam  Solid  Freeform  Fabrication,EBSFF）。EBSFF 技术采用送丝方式供给成形材料前两种利用电子束熔化金属丝材，电子束固定不动，金属丝材通过送丝装置和工作台移动，与激光近形制造技术类似（下图），电子束熔丝沉积快速制造时，影响因素较多，如电子束流、加速电压、聚焦电流、偏摆扫描、工作距离、工件运动速度、送丝速度、送丝方位、送丝角度、丝端距工件的高度、丝材伸出长度等。这些因素共同作用影响熔积体截面几何参量，确区分单一因素的作用十分困难；瑞典 ARCAM 公司与清华大学电子束开发的选区熔化（EBSM）利用电子束熔化铺在工作台面上的金属粉末，与激光选区熔化技术类似，利用电子束实时偏转实现熔化成形，该技术不需要二维运动部件，可以实现金属粉末的快速扫描成形。

激光熔覆式成型技术（LMD）

激光熔化沉积（Laser  Metal  Deposition，LMD）于上世纪90年代由美国Sandia国家实验室首次提出，随后在全世界很多地方相继发展起来，由于许多大学和机构是分别独立进行研究的，因此这一技术的名称繁多。例如，美国Sandia国家实验室的激光近净成形技术LENS（LaserEngineeredNetShaping），美国Michigan大学的直接金属沉积DMD（DirectMetalDeposition），英国伯明翰大学的直接激光成形DLF（DirectedLaserFabrication），中国西北工业大学的激光快速成形LRF(LaserRapidForming)等。虽然名字不尽相同，但是他们的原理基本相同，成型过程中,通过喷嘴将粉末聚集到工作平面上,同时激光束也聚集到该点,将粉光作用点重合,通过工作台或喷嘴移动,获得堆积的熔覆实体。LENS技术使用的是千瓦级的激光器,由于采用的激光聚焦光斑较大,一般在1mm以上,虽然可以得到冶金结合的致密金属实体,但其尺寸精度和表面光洁度都不太好,需进一步进行机加工后才能使用。

金属3D打印机采用的金属粉末

现今，国内外金属3D打印机采用的金属粉末一般有：工具钢、马氏体钢、不锈钢、纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、铜基合金、钴铬合金等。