激光 3D 打印技术，是一种利用激光来加热材料并使其熔化，然后再逐层堆积成实物的增材制造技术。由于激光可以产生很高的能量，其能量足以使难融的金属受热熔化，所以，激光 3D 打印技术可以用于难熔金属的 3D 打印，例如常见高温合金就可以用 3D 打印技术进行加工。激光 3D 打印技术还有一个优点就是可以打印结构复杂的零件，这是因为打印过程是一个逐层堆积材料的过程，零件的内部结构在加工过程中是暴露在外的，所以它可加工结构复杂的零件[4-5]。

3 激光3D打印的分类

目前较为常见的激光 3D 打印技术有选择性激光烧结（SLS）、选择性激光融化（SLM）、光固化（SLA）3D 打印技术等。

3.1 选择性激光烧结（SLS）

选择性激光烧结（SLS）使用激光束（通常是二氧化碳激光）选择性地烧结粉末状聚合物或聚合物基复合材料的薄层，形成具有宏观和微观特征的固体 3D 物体。SLS 在成形设计对象方面有几个优点，包括零件精度高，材料通用性强，并且在制造过程中不需要零件支撑，因为材料没有被激光束产生的热量融合在一起，为被烧结对象提供了很好的支撑。此外，SLS 还能够生成不规则形状的物体，包括含有沟道和悬垂特征的结构。在 SLS 过程中，粉末材料被激光束加热，从而克服粉末中单个颗粒的表面张力，选择性烧结的粉末融合在一起，固化薄层，然后逐层构建固体 3D 物体[6]。

图 1. 选择性激光烧结(SLS)制备工艺[6]。

在粉末材料选择性烧结之前，将机器的整个零件床(包含被烧结粉末和烧结部分的区域)加热到刚好低于材料的熔化温度(或接近非晶聚合物的玻璃化转变温度)，以尽量减少热变形并促进烧结层的融合。然后激光束根据切片数据的横截面轮廓扫描粉末表面的横截面，加热粉末并使颗粒融合在一起形成固体层。一层完成后，降低零件床，并将其中一个装满粉末原料的粉末罐抬起。然后用辊子铺上一层新的粉末，重复选择性烧结过程。未被激光束扫描的粉末留在原位，作为下一层粉末的支撑，然后在物体制造完成后被移除并回收[6]。

图 2. SLS 3D 打印机的图形说明和其主要组件[7]。

3.2 选择性激光融化（SLM）

选择性激光融化（SLM）也叫金属粉末的快速成型技术，是利用金属粉末在激光束的热作用下快速熔化、快速凝固的一种技术。为了完全熔化金属粉末，要求激光能量密度超过 106 W/cm2。目前用 SLM 技术的激光器主要有 Nd-YAG 激光器、CO2激光器、光纤激光器，这些激光器产生的激光波长分别为 1064 nm、10640 nm、1090 nm。金属粉末对1064 nm 等较短波长激光的吸收率比较高，而对 10640 nm 等较长波长激光的吸收率较低。因此在金属零件成型过程中，具有较短波长激光器的激光能量利用率高，但是采用较长波长的 CO2激光器，其激光能量利用率较低。SLM 技术是在高能激光作用下，金属粉末完全熔化，经散热凝固后与基体金属冶金焊合，然后逐层累积成型出三维实体。

图 3.SLM 技术原理图[4]。

3.3 光固化（SLA）3D 打印

光固化（SLA）3D 打印是用紫外激光（355 nm或405 nm）为光源，用振镜系统来控制激光光斑扫描，光敏树脂在一定波长的紫外激光照射下，发生光聚合反应，液态树脂变为固态。

图 4.SLA 原理图[8]。

其成形过程：将待打印的三维模型以 STL 等格式导入到切片软件中，经过切片处理后，得到待打印件的一系列轮廓数据→计算机根据轮廓数据，控制振镜的偏转来控制紫外线按照轮廓形状进行移动，被照射到的光敏树脂迅速发生光聚合反应，形成固化层→固化完成后，Z 轴移动一个层厚的距离，刮刀刮平页面或料槽端下降一个角度，待树脂完全浸没已固化层后，继续照射下一个截面轮廓，新固化的轮廓面会固化在已固化层上；如此往复，直至打印完成[8]。

4 总结

随着激光 3D 打印技术的不断进步，其在制造业领域的应用也越来越广泛，尤其在致密度、精度、粗糙度、强度和结合度等关键指标方面，制备的零件已经达到甚至超过了传统加工手段制备的零件。未来，激光 3D 打印一定会有更大的技术突破和应用领域。

参考文献：

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