自上世紀(jì)80年代3D打印技術(shù)，又稱增材制造，如圖1所示。開(kāi)創(chuàng)以來(lái)，各界普遍預(yù)期該技術(shù)將革新復(fù)雜零件的制造，從醫(yī)療植入物到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件。

選區(qū)激光燒結(jié)SLS技術(shù)催生了許多新興的三維打印技術(shù)，如近年來(lái)發(fā)展迅速的電子束熔化技術(shù)，在真空環(huán)境下，用30至60kV的電壓產(chǎn)生的電子束熔化金屬粉末。

圖1 金屬增材制造

此外，還有目前主流的金屬三維打印技術(shù)，激光選區(qū)熔融技術(shù)（Selective Laser Melting，SLM）是比SLS技術(shù)工藝流程更為簡(jiǎn)單的金屬粉末急速成型技術(shù)（如圖2所示），是將低熔點(diǎn)廢金屬粉末在燒結(jié)后成為高熔點(diǎn)粉末，并最終融化成型的過(guò)程。

其加工的金屬材料選用一般為鎳基合金、貴金屬和不銹鋼等單一組分金屬粉末，通過(guò)利用110W/cm2以上能量密度的激光束快速完全融化金屬粉末，經(jīng)預(yù)設(shè)可凝固出任意形狀零件，采用該項(xiàng)技術(shù)形成的零件幾乎完全致密能夠適用于航空航天、珠寶加工和微電子等各高精行業(yè)，因此被工業(yè)界認(rèn)為具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景。

圖2 選區(qū)激光熔融（SLM）示意圖

與此同時(shí)，金屬行業(yè)發(fā)展同時(shí)促進(jìn)著三維打印產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷深入拓展，激光選區(qū)熔化技術(shù)是增材制造體系中最前沿和最具發(fā)展應(yīng)用潛力的技術(shù)之一。

目前，SLM技術(shù)行業(yè)在全球有六大巨頭，包括三維打印行業(yè)的創(chuàng)始者3D Systems，Stratasys，領(lǐng)先的工業(yè)級(jí)三維打印機(jī)生產(chǎn)商EOS，桌面級(jí)三維打印界的首家企業(yè)Makerbot，來(lái)自德國(guó)的另一家巨頭、金屬三維打印機(jī)廠商SLM Solutions，紐約三維打印耗材廠商Graphene 3D Lab。

該行業(yè)的主要研究的國(guó)家主要集中在德國(guó)、英國(guó)、日本和美國(guó)等，國(guó)外產(chǎn)品價(jià)格昂貴，且絕大部分技術(shù)壟斷，工藝參數(shù)固化。

近年來(lái)，美國(guó)通用電氣（GE）公司也成立了金屬材料激光熔融三維打印研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并且在2012年收購(gòu)了Morris和RQM兩家專業(yè)從事SLM制造技術(shù)的公司。

圖3 GE公司3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)器件

GE公司更是希望將采用SLM技未生產(chǎn)制造的燃油噴嘴應(yīng)用在LEAP噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，毎臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)計(jì)使用19個(gè)該燃油噴嘴。

圖4 GE公司3D打印機(jī)

2012年NASA馬歇爾航天中成功采用SLM技術(shù)制造了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬零部件樣件，希望應(yīng)用于"太空發(fā)射系統(tǒng)"重型運(yùn)載火箭。

2013年8月NASA對(duì)采用SLM技術(shù)制造的J-2X發(fā)動(dòng)機(jī)噴注器樣件進(jìn)行了熱試，證明了SLM技術(shù)制造的金屬零部件可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的使用要求。

還有歐洲AirBus公司已經(jīng)在A300和A350XWB機(jī)型上使用了金屬三維打印技術(shù)制造的支架類零件。

縱觀工業(yè)下游的需求場(chǎng)景，醫(yī)療、航空航天、汽車將有望成為三維打印技術(shù)的主力爆發(fā)點(diǎn)，尤其是航空航天設(shè)備制造是SLM三維打印技術(shù)最具前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

這主要源于，第一，適應(yīng)航空航天設(shè)備“多品種、小批量”的多種合金特點(diǎn)，第二，出于減重與強(qiáng)度要求，SLM成形零件精度高和良好力學(xué)性能，契合于航空航天設(shè)備中復(fù)雜結(jié)構(gòu)件或大型異構(gòu)件，第三，SLM三維打印的增量制造方式可將原材料利用率提高至90%以上。

正如最近，金屬粉末材料SLM技術(shù)制造商Arconic已與空客達(dá)成協(xié)定，為A320提供SLM 三維打印的高溫鎳超級(jí)合金的管道組件和鈦制管道機(jī)身組件。

這些SLM三維打印零部件的工業(yè)應(yīng)用，無(wú)疑為金屬三維打印注入了信任力量，盡管在材料和工藝方面還存在一些工藝共性問(wèn)題有待解決。

國(guó)內(nèi)外已有很多學(xué)者對(duì)激光選區(qū)熔化技術(shù)的設(shè)備研發(fā)、軟件開(kāi)發(fā)、材料工藝、成型工藝、應(yīng)用探索等方面進(jìn)行深入研究。

在成型工藝，缺陷控制、應(yīng)力控制、成形微觀組織演變和提高成形件力學(xué)性能等方面開(kāi)展了大量研究工作。