2.2.2　粉末床熔融技術

粉末床熔融技術是一類通過熱能選擇性地熔化/燒結粉末床區域的3D打印工藝，其熱源主要包括激光和電子束。圖2-4是激光選區燒結/熔化成形技術原理示意圖，電子束選區熔化成形技術與其類似：首先將零件三維CAD模型文件沿高度方向按設定的層厚進行分層切片，獲得每層二維截面信息；然后，在工作臺上鋪一薄層粉末材料，激光/電子束在計算機控制下，根據各層截面數據，有選擇地對粉末層進行掃描，在被掃描的區域，粉末顆粒發生燒結或熔化而成形，未被掃描的粉末仍呈松散狀，可作為支撐；一層加工完成后，工作臺下降一層（設定的層厚）的高度，再進行下一層鋪粉和掃描，同時新加工層與前一層熔合為一體；重復上述過程直到整個三維實體加工完為止；最后，將初始成形件取出，并進行適當后處理（如清粉、打磨、浸滲等），獲得最終三維零件。

圖2-4　激光選區燒結/熔化成形技術原理示意圖

粉末床熔融技術的歷史可追溯到1979年Housholder提出的通過分層鋪粉、選區成形三維零件的制造思想，如圖2-5所示。1986年，Deckard在其專利中提出了通過激光選區燒結的概念。1992年，美國DTM公司（現屬于3D Systems公司）激光選區燒結（selective laser sintering，SLS）裝備研發成功。1995年，德國Fraunhofer激光研究所提出了激光選區熔化成形的技術思想。瑞典Arcam AB公司于2001年申請了利用電子束在粉末床上逐層制造三維零件的專利。2002年，德國EOS公司和瑞典Arcam公司分別成功研制了激光選區熔化（selective laser melting，SLM）和電子束選區熔化（selective electron beam melting，SEBM）商業化裝備，可成形接近全致密的精細金屬零件。

圖2-5　美國Housholder提出的粉末床熔融技術思想示意圖

1—當前熔化層；2—激光束；3—激光器；4，5—振鏡；6，7—電機；8—掃描線；9—熔化區；10—成形倉；11—成形平臺；12—刮粉器；13—輸送帶

我國粉末床熔融技術的研究始于20世紀90年代中期。1993年，北京隆源率先在國內開發出SLS實驗型裝備。華中科技大學從20世紀90年代末開始研發SLS裝備與工藝，并通過武漢濱湖機電產業有限公司實現商品化生產和銷售。2004年，華中科技大學和華南理工大學幾乎同時開始SLM技術與裝備的研發工作。到2009年左右，兩家單位均已自主研制成功了專業化的SLM裝備。與此同時，2005年，清華大學申請了SEBM裝備的專利，2007年，西北有色金屬研究院和清華大學合作，在國內率先實現了鈦合金SEBM成形。2015年，西北有色金屬研究院控股的西安賽隆金屬材料有限公司推出了我國首臺商業SEBM裝備。目前，我國在粉末床熔融技術方面的研究十分活躍，研制的鈦合金等精密零件已在型號裝備和民用領域獲得應用。