01 選擇性激光熔化(SLM)
SLM選擇性激光熔融3D打印使用的是大功率光學(xué)激光器，需要使金屬粉末完全熔化，直接成型金屬件，因此需要高功率密度激光器激光束開始掃描前，水平鋪粉輥先把金屬粉末平鋪到加工室的基板上，然后激光束將按當(dāng)前層的輪廓信息選擇性地熔化基板上的粉末，加工出當(dāng)前層的輪廓，然后可升降系統(tǒng)下降一個(gè)圖層厚度的距離，滾動(dòng)鋪粉輥再在已加工好的當(dāng)前層上鋪金屬粉末，設(shè)備調(diào)入下一圖層進(jìn)行加工，如此層層加工，直到整個(gè)零件加工完畢。整個(gè)加工過程在抽真空或有氣體保護(hù)的加工室中進(jìn)行，以避免金屬在高溫下與其他氣體發(fā)生反應(yīng)。
選擇性激光熔化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
1.直接制造金屬功能件件，無需中間工序;
2.良好的光束質(zhì)量，可獲得細(xì)微聚焦光斑，從而可以直接制造出較高尺寸精度和較好表面粗糙度的功能件;
3.金屬粉末完全熔化，所直接制造的金屬功能件具有冶金結(jié)合組織，致密度較高，具 有較好的力學(xué)性能，無需后處理;
4.粉末材料可為單一材料也可為多組元材料，原材料無需特別配制;
5.可直接制造出復(fù)雜幾何形狀的功能件;
6.特別適合于單件或小批量的功能件制造。選擇性激光燒結(jié)成型件的致密度、力學(xué)性能較差;電子束熔融成型和激光熔覆制造難以獲得較高尺寸精度的零件;相比之下，選擇性激光熔化成型技術(shù)可以獲得冶金結(jié)合、致密組織、高尺寸精度和良好力學(xué)性能的成型件，是近年來快速成型的主要研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。
02 電子束熔化(EBM)
EBM電子束3D打印需要在真空條件下通過電子束逐層熔化金屬粉末進(jìn)行打印，是一種在高度真空狀態(tài)下采用高能高速的電子束選擇性地轟擊金屬粉末，從而使得粉末材料熔化成形的快速制造技術(shù)。EBM技術(shù)的工藝過程為：先在鋪粉平面上鋪展一層粉末;然后，電子束在計(jì)算機(jī)的控制下按照截面輪廓的信息進(jìn)行有選擇的熔化，金屬粉末在電子束的轟擊下被熔化在一起，并與下面已成形的部分粘接，層層堆積，直至整個(gè)零件全部熔化完成;最后，去除多余的粉末便得到所需的三維產(chǎn)品。上位機(jī)的實(shí)時(shí)掃描信號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換及功率放大后傳遞給偏轉(zhuǎn)線圈，電子束在對(duì)應(yīng)的偏轉(zhuǎn)電壓產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下偏轉(zhuǎn)，達(dá)到選擇性熔化。
電子束熔化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
電子束直接金屬成形技術(shù)采用高能電子束作為加工熱源，掃描成形可通過操縱磁偏轉(zhuǎn)線圈進(jìn)行，沒有機(jī)械慣性，且電子束具有的真空環(huán)境還可避免金屬粉末在液相燒結(jié)或熔化過程中被氧化。電子束與激光相比，具有能量利用率高、作用深度大、材料吸收率高、穩(wěn)定及運(yùn)行維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。EBM技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是成型過程效率高，零件變形小，成型過程不需要金屬支撐，微觀組織更致密等 電子束的偏轉(zhuǎn)聚焦控制更加快速、靈敏。電子束的偏轉(zhuǎn)和聚焦利用磁場(chǎng)完成，可以通過改變電信號(hào)的強(qiáng)度和方向快速靈敏的控制電子束的偏轉(zhuǎn)量和聚焦長(zhǎng)度。電子束偏轉(zhuǎn)聚焦都是在磁場(chǎng)中完成，因而不會(huì)受到金屬蒸鍍的影響;
03 (SLM)VS(EBM)設(shè)備特點(diǎn)對(duì)比
對(duì)比總結(jié)
1、熱源不同，SLM采用激光為熱源和EBM采用電子束作為熱源。金屬材料對(duì)激光都存在不同程度反射，因此SLM對(duì)能量的利用率不及EBM，但是SLM的束斑相對(duì)于EBM更小一些，更有利于成形精細(xì)的零件特征和復(fù)雜的零件形狀。EBM能量利于高，更有利于制造高導(dǎo)熱金屬、高溫合金、高熔點(diǎn)金屬零件。
2、成形工作環(huán)境不同，SLM技術(shù)在惰性氣體條件下熔化成形，EBM技術(shù)在真空條件下熔化成形，相比較EBM技術(shù)更有利于避免零件加工過程的氧化和增氧。
3、工作成形熱溫度不同，SLM最多可預(yù)熱溫度300℃，EBM技術(shù)可采用電子束掃描對(duì)每一層金屬粉末掃描預(yù)熱，使零件在600～1200℃范圍內(nèi)加工成形，可大幅減小成形零件的殘余應(yīng)力。
4、由于設(shè)備工作原理的不同，造成所制造出零件特征也有明顯的差異，總體上比較，SLM技術(shù)制造的零件具有更好的表面質(zhì)量和更準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)細(xì)微特征，非常適合磨具制造領(lǐng)域的應(yīng)用，但是在某些醫(yī)療植入領(lǐng)域，表面粗糙的EBM零件更受歡迎。另外，EBM零件變形和應(yīng)力開裂的情況更少一些。
5、就生產(chǎn)考慮，EBM生產(chǎn)效率遠(yuǎn)高于SLM，更適用于大批量生產(chǎn)。
04 金屬組織和力學(xué)性能對(duì)比
SLM與EBM相比，SLM成形過程在較低溫度下進(jìn)行，熔池冷卻速度快，更容易形成馬氏體等的快冷組織，EBM生產(chǎn)過程通常在退火溫度以上進(jìn)行，熔池冷卻速度緩慢。美國(guó)Morris Technologies公司進(jìn)行了Ti-6Al-4V材料SLM和EBM對(duì)比生產(chǎn)試驗(yàn)，如圖是對(duì)比試驗(yàn)SLM與EBM零件金相組織對(duì)比，左邊圖中基本都是很細(xì)的針狀馬氏體，右邊圖中有大量針狀α相，由此可以看出SLM和EBM零件的金屬組織存在明顯的差異。金屬組織的差異必然也會(huì)引起零件力學(xué)性能的不同，如表3是對(duì)比試驗(yàn)試樣拉伸試驗(yàn)性能數(shù)據(jù)，可以看出，SLM試樣的強(qiáng)度無論是水平方向還是豎直方向都比EBM試樣高，塑性都EBM要低。但是兩種工藝形成的試樣經(jīng)過熱等靜壓后組織基本一致，力學(xué)性能也差不多。
05 結(jié)論
從以上對(duì)比分析中可知，目前兩種工藝各有各的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，分別可應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。SLM在零件細(xì)節(jié)特征和復(fù)雜程度方面更具有優(yōu)勢(shì)，而EBM在控制零件殘余應(yīng)力方面好于SLM，而且EBM技術(shù)生產(chǎn)零件可以不進(jìn)行熱處理。
