SLM及其工艺介绍（二）

选区激光熔化技术的发展问题 

激光选区成形件中，Fe基合金（主要是钢）SLM成形研究虽然较多，但是SLM成形工艺尚需优化、成形性能尚需进一步提高；对SLM成形性能（特别是占基础地位的致密度），目前SLM成形的钢构件通常难以实现全致密。如何解决钢材料SLM成形的致密化问题，是当前快速成形研究的关键性瓶颈问题。目前钢材料激光成形的难度，主要取决于钢中主要元素的化学特性。基体元素Fe及合金元素Cr二者对氧都具有很强的亲和性，在常规粉末处理和激光成形条件下很难完全避免氧化现象。因此在SLM过程中，如果钢熔体表面氧化物等污染层的存在，将显著降低润湿性，引起激光熔化特有的冶金缺陷球化效应及凝固微裂纹，从而能够显著降低激光成形致密度及相应的机械性能。另一方面钢中碳含量是决定激光成形性能的又一个关键因素。通常过高的C含量将对激光成形性产生不好，随C含量升高熔体表面C元素层的厚度亦会增加。这与氧化层的不利影响相类似，也是会降低润湿性，从而导致熔体铺展性降低，并且引起球化效应。此外在晶界上形成的复杂碳化物会增大钢材料激光成形件的脆性。因此通常对钢材料SLM成形，需要提高激光能量密度及SLM成形温度，可促进碳化物的溶解，也可使合金元素均匀化。

通过粉体材料及SLM工艺的优化，包括：

严格控制原始粉体的材料和激光成形系统中的氧含量以改善润湿性；

合理调控输入激光能量的密度以获取适宜的液相粘度及其流变特性，可以有效抑制球化效应及微裂纹形成，进而能够获取近全致密结构。

对于以Al合金为代表的轻合金零件激光的快速成形，先前绝大多数的研究报道都是基于SLS半固态烧结成形机制，但是因为严重的球化效应及孔隙缺陷，所以研究进展不大；而SLM技术可寄希望于为高性能复杂结构Al合金零件近净成形与快速制造提供崭新的技术途径。Al基合金零件SLM成形颇有高难度，是由材料自身具备的特殊物理特性本质所决定的。一方面通常情况下低功率CO2激光难以使Al合金粉体发生有效熔化，但是要求使用能量密度更高的光纤或Nd：YAG激光这无疑对激光器的性能提出了更苛刻的要求。另一方面Al合金材料热导率更高，SLM成形过程中激光能量输入非常容易沿基板或在粉床中传递消耗，从而导致激光熔池温度降低，熔体粘度增加并且流动性降低，所以其难以有效润湿基体材料，以至于导致SLM成形球化效应及内部孔隙、裂纹等缺陷。其三，从成形工艺角度，Al合金材料密度较低，

粉体流动性差。

需指出的是，基于SLM／SLRM成形机制，虽能在一定程度上改善激光成形件的致密度和表面光洁度，但因成形过程中粉末发生完全熔化／凝固，所以在固液转变过程中将出现明显的收缩变形，从而致使成形件中积聚较大的热应力，并在冷却过程中得以释放，使得成形件发生变形、甚至开裂。由于激光选区熔化成形技术成形所需的粉末量大，需要能够在整个成形平面铺设金属粉末，所以不适宜成形贵重的金属；整个成形平台比较大，而惰性气体保护效果较差，所以也不适宜成形易氧化的金属粉末。