选择性激光熔化（SLM）介绍
SLM（Selective Laser Melting，选择性激光熔化）是一种金属3D打印技术，属于增材制造的一种。它通过高功率激光将金属粉末完全熔化，逐层堆叠形成坚固的金属零件。SLM技术不仅适用于快速原型制作，还能用于小批量生产和复杂零件的制造。它的材料范围涵盖多种金属合金，如不锈钢、钛合金和铝合金，满足不同行业的需求。SLM制造零件时，激光会将金属粉末完全熔化，形成接近100%致密的金属结构，因此，SLM适合高强度的金属零件。
SLM 3D打印的工作原理
SLM 3D打印的过程可以分为五个主要阶段：设计、准备、激光熔化、逐层构建和后处理。以下是详细的技术流程：
1. 设计阶段
一切从数字设计开始。工程师使用计算机辅助设计（CAD）软件（如SolidWorks、AutoCAD或Fusion 360）创建目标零件的3D模型。这个模型必须精确反映零件的几何形状和尺寸要求。设计完成后，专用切片软件（如Materialise Magics或Simplify3D）将3D模型分解成数百或数千个薄层，每层厚度通常在20-100微米之间。这些切片数据将指导激光的扫描路径。
切片参数（如层厚、激光扫描策略）会影响打印速度、精度和材料性能。例如，较薄的层厚（20-30微米）能提高表面质量，但会延长打印时间。
2. 准备阶段
打印前，SLM设备会将金属粉末均匀铺设在构建平台上。粉末的粒径通常在15-45微米之间，确保良好的流动性和熔化效果。粉末通过刮刀或滚轮系统平整铺开，形成一层均匀的“粉床”。这一阶段还需要在打印腔体内充满惰性气体（如氩气或氮气），以防止金属在高温下氧化。
3. 激光熔化
SLM的核心在于高功率激光（通常为光纤激光，功率在200-1000W之间）。激光通过振镜系统（由精密镜片和反射镜组成）精确扫描粉末层，按照切片数据的路径熔化金属粉末。熔化的金属迅速凝固，形成坚固的金属层。
4. 逐层构建
每完成一层，构建平台下降一个层厚（通常20-100微米），新的粉末层被铺设，激光继续扫描下一层。这一过程循环进行，直到整个零件完成。构建平台通常保持恒定加热（温度在100-200°C之间），以减少热应力和开裂风险。
5. 后处理
打印完成后，零件仍附着在构建平台上，周围被未熔化的粉末包围。后处理步骤包括：
移除粉末：通过气流或振动移除多余粉末，回收未使用的粉末以降低成本。
移除支撑结构：使用机械工具（如线切割或CNC加工）切除支撑结构。
表面处理：通过抛光、喷砂或电化学处理提高表面光洁度。
SLM 3D打印的适用材料
SLM的材料选择直接影响零件的性能、成本和应用场景。以下是3种常见的金属粉末及其特性：
不锈钢合金（316L）：耐腐蚀、高强度，适用于工业零件和医疗器械。
钛合金（Ti6Al4V）：轻质、高强度、耐高温，广泛用于航空航天和骨科植入物。
铝合金（AlSi10Mg）：轻便、导热性好，适合汽车和航空航天中的散热器和结构件。
SLM 3D打印的优势
SLM 3D打印技术具有以下突出优势：
材料多样性：支持多种金属合金，满足航空航天、医疗等行业的特定性能需求。
复杂几何形状：可制造传统加工难以实现的内部通道、中空结构和复杂形状。
快速交付周期：无需模具，缩短从设计到成品的周期。
定制化生产：适合小批量、个性化零件生产，满足定制需求。
SLM 3D打印的设计技巧
为确保SLM打印的成功，设计时需遵循以下技术指南：
1. 悬垂与支撑结构
悬垂（无下方支撑的水平延伸部分）可能因重力或热应力而塌陷。设计时需注意：
角度控制：悬垂角度应小于45°，以减少支撑需求。例如，倾斜的表面可通过倒角或圆角设计实现自支撑。
支撑优化：支撑结构应尽量少而稳固，常用树状或格状支撑以减少材料消耗和后处理难度。
2. 最小特征尺寸
最小特征尺寸受激光光斑大小（约50-100微米）和层厚（20-100微米）限制。设计时特征尺寸应大于激光光斑直径和层厚的两倍。例如，若激光光斑为70微米，层厚为30微米，则最小特征尺寸应大于140微米。
3. 壁厚
壁厚影响零件的强度和打印稳定性，最小壁厚通常为0.5-1.0毫米，具体取决于材料。例如，钛合金可能需要更厚的壁（约0.8毫米）以避免变形。
4. 孔和通道
SLM可制造复杂的内部通道，最小孔径通常为0.5-1.0毫米，小于此尺寸可能导致粉末残留或孔洞闭合。
5. 表面朝向
零件表面朝向影响表面质量和打印效率，朝上的表面质量较好，朝下的表面可能因支撑移除而粗糙。