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3D激光打印金屬技術(shù)作為增材制造領(lǐng)域的重要分支，其核心原理是通過高能激光束的精確控制，將金屬材料逐層熔化并凝固成形，最終構(gòu)建出三維實(shí)體零件。這項(xiàng)技術(shù)打破了傳統(tǒng)制造的“減法”邏輯，以“加法”方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的直接制造，其背后蘊(yùn)含著材料科學(xué)與光學(xué)技術(shù)的精妙結(jié)合。
整個(gè)過程始于數(shù)字模型的切片處理，計(jì)算機(jī)將三維設(shè)計(jì)模型分解為一系列二維截面數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將指導(dǎo)3D打印設(shè)備的每一層加工動作。打印開始時(shí)，設(shè)備內(nèi)部的鋪粉裝置會將一層均勻的金屬粉末鋪設(shè)在工作臺上，粉末厚度通常在幾十到幾百微米之間，具體數(shù)值根據(jù)零件精度要求調(diào)整。此時(shí)，高能激光束根據(jù)當(dāng)前層的截面數(shù)據(jù)，在粉末表面進(jìn)行選擇性掃描，激光所到之處，金屬粉末吸收能量迅速升溫至熔點(diǎn)以上，形成微小的熔池。
激光與金屬粉末的相互作用是這一過程的關(guān)鍵。激光的能量密度必須精確控制，既要確保粉末完全熔化以保證成形質(zhì)量，又要避免能量過高導(dǎo)致材料蒸發(fā)或產(chǎn)生飛濺。當(dāng)激光束按照預(yù)設(shè)路徑掃描完畢后，熔池會在極短時(shí)間內(nèi)冷卻凝固，形成與該層截面形狀一致的固態(tài)金屬層。隨后，工作臺下降一個(gè)層厚的距離，鋪粉裝置再次鋪設(shè)新的粉末層，激光束繼續(xù)掃描下一層截面，新形成的金屬層會與上一層牢固結(jié)合，如此反復(fù)，直至整個(gè)零件3D打印工序完成。
聯(lián)泰科技金屬3D打印材料&模型
層間結(jié)合的質(zhì)量直接影響零件的整體性能。在激光掃描過程中，新熔化的金屬不僅要與當(dāng)前層的粉末融合，還需與下層已凝固的金屬形成冶金結(jié)合，這要求激光能量能夠適度加熱下層金屬表面，使其與新熔池實(shí)現(xiàn)原子級別的相互擴(kuò)散。這種層間冶金結(jié)合區(qū)別于簡單的物理堆積，是保證零件力學(xué)性能的基礎(chǔ)，也是3D激光打印金屬件能夠具備高強(qiáng)度的重要原因。
為確保金屬3D打印過程穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)需要在嚴(yán)格控制的環(huán)境中運(yùn)行。多數(shù)金屬材料在高溫下易與空氣中的氧氣、氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，形成氧化雜質(zhì)或脆性化合物，影響零件質(zhì)量。因此，3D打印艙內(nèi)通常會充入惰性氣體（如氬氣），將氧氣含量控制在極低水平，部分高精度打印設(shè)備甚至?xí)捎谜婵窄h(huán)境，徹底避免氣體干擾。
聯(lián)泰科技工業(yè)級SLM 3D打印機(jī)成型過程
激光的光斑直徑、掃描速度、功率密度等參數(shù)需要根據(jù)金屬材料的特性進(jìn)行匹配。例如，熔點(diǎn)較高的合金需要更高的激光功率，而導(dǎo)熱性好的材料則需調(diào)整掃描路徑以避免熱量過快散失。這些參數(shù)的優(yōu)化組合，能夠減少3D打印過程中產(chǎn)生的氣孔、裂紋等缺陷，提升零件的致密度和結(jié)構(gòu)均勻性。
3D打印完成后，零件表面通常會附著未熔化的粉末，需要通過清理工序去除。對于精度要求高的零件，還可能需要后續(xù)的熱處理或機(jī)械加工，以消除內(nèi)部應(yīng)力、改善表面粗糙度。但相比傳統(tǒng)制造，3D 激光打印省去了模具制作和多道加工工序，從數(shù)字模型到實(shí)體零件的轉(zhuǎn)化過程更為直接。
聯(lián)泰科技工業(yè)級SLM 3d打印機(jī)打印成品
這種基于激光的增材制造原理，使得復(fù)雜內(nèi)腔、鏤空結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)工藝難以實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)成為可能。激光束的精確可控性保證了每一層的成形精度，而逐層累積的方式則賦予了制造過程極高的靈活性。隨著技術(shù)的發(fā)展，激光源的功率穩(wěn)定性、粉末材料的均勻性以及掃描路徑的優(yōu)化算法不斷進(jìn)步，進(jìn)一步推動了3D激光打印金屬技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。
