2.2.2　粉末床熔融技术

粉末床熔融技术是一类通过热能选择性地熔化/烧结粉末床区域的3D打印工艺，其热源主要包括激光和电子束。图2-4是激光选区烧结/熔化成形技术原理示意图，电子束选区熔化成形技术与其类似：首先将零件三维CAD模型文件沿高度方向按设定的层厚进行分层切片，获得每层二维截面信息；然后，在工作台上铺一薄层粉末材料，激光/电子束在计算机控制下，根据各层截面数据，有选择地对粉末层进行扫描，在被扫描的区域，粉末颗粒发生烧结或熔化而成形，未被扫描的粉末仍呈松散状，可作为支撑；一层加工完成后，工作台下降一层（设定的层厚）的高度，再进行下一层铺粉和扫描，同时新加工层与前一层熔合为一体；重复上述过程直到整个三维实体加工完为止；最后，将初始成形件取出，并进行适当后处理（如清粉、打磨、浸渗等），获得最终三维零件。

图2-4　激光选区烧结/熔化成形技术原理示意图

粉末床熔融技术的历史可追溯到1979年Housholder提出的通过分层铺粉、选区成形三维零件的制造思想，如图2-5所示。1986年，Deckard在其专利中提出了通过激光选区烧结的概念。1992年，美国DTM公司（现属于3D Systems公司）激光选区烧结（selective laser sintering，SLS）装备研发成功。1995年，德国Fraunhofer激光研究所提出了激光选区熔化成形的技术思想。瑞典Arcam AB公司于2001年申请了利用电子束在粉末床上逐层制造三维零件的专利。2002年，德国EOS公司和瑞典Arcam公司分别成功研制了激光选区熔化（selective laser melting，SLM）和电子束选区熔化（selective electron beam melting，SEBM）商业化装备，可成形接近全致密的精细金属零件。

图2-5　美国Housholder提出的粉末床熔融技术思想示意图

1—当前熔化层；2—激光束；3—激光器；4，5—振镜；6，7—电机；8—扫描线；9—熔化区；10—成形仓；11—成形平台；12—刮粉器；13—输送带

我国粉末床熔融技术的研究始于20世纪90年代中期。1993年，北京隆源率先在国内开发出SLS实验型装备。华中科技大学从20世纪90年代末开始研发SLS装备与工艺，并通过武汉滨湖机电产业有限公司实现商品化生产和销售。2004年，华中科技大学和华南理工大学几乎同时开始SLM技术与装备的研发工作。到2009年左右，两家单位均已自主研制成功了专业化的SLM装备。与此同时，2005年，清华大学申请了SEBM装备的专利，2007年，西北有色金属研究院和清华大学合作，在国内率先实现了钛合金SEBM成形。2015年，西北有色金属研究院控股的西安赛隆金属材料有限公司推出了我国首台商业SEBM装备。目前，我国在粉末床熔融技术方面的研究十分活跃，研制的钛合金等精密零件已在型号装备和民用领域获得应用。