金屬3D打印中熱源與材料對3D打印成品質量的影響

雖然實現3D打印的技術方法有多種，但加工機理基本一致，即材料在高能熱源作用下快速融化，由于作用時間極短，熔融的金屬在基體的冷卻作用下發生快速凝固，從而實現在特定的掃描區域成型。3D打印金屬制品的性能由熱源量屬性、材料

特性及工藝參數所決定，而熱源類型及送粉方式是區分各種3D打印技術的最根本因素。

1、熱源 

在金屬增材制造領域，應用最為成熟的熱源是激光和高能電子束。電子束與激光的工作原理不同，電子束的加熱方式是高能電子穿過靶材的表面進入到距表面一定深度后，再傳給靶材原子能量，從而使靶材原子的振動加劇，把電子的動能轉換為
熱能；激光的加熱方式則為靶材表面吸收光子能量，激光并未穿過靶材表面。材料制造加工過程中，熱源的功率及掃描速度一般是恒定的，即作用于材料的能量密度是恒定的， 熱源作用效果由材料對熱源的吸收性能直接決定。材料對熱源能量的吸收由兩者的作用機理、材料表面狀態等因素所決定。對于最常用的激光熱源， 激光光能的吸收與波長、被照材料的反射率以及能量密度相關，在成型過程中，材料的表面狀態、 尺寸等因素對激光都有明顯的制約作用。電子束由于其作用機理的不同，在增材制造過程中表現出較激光更加良好的適配性。 

2、材料

粉末材料是目前最為常用的金屬類增材制造用材料。金屬粉末作為金屬制件增材制造產業鏈中最重要的一環， 也是最大的價值所在。金屬粉體材料一般用于粉末冶金工業， 粉末冶金成型是將粉末預成型后利用高壓高溫條件進行最終的定型，整個過程中，材料發生的物理冶金變化相對緩慢，材料有比較充分的時間進行融合、 擴散、反應。由于受粉末冶金加工時溫度及壓力的限制， 為了保證工件的致密性，要求使用的粉體材料盡可能地將成型腔體填充完全。針對粉末冶金工藝的技術特點，已經發展出了一套比較完善的粉末評價方法及標準， 有相對比較完善的指標可用來恒量粉體材料的性能，如粒徑、比表面積、粒度分布、粉體密度、流速、松裝密度、孔隙率等。對于粉末冶金而言， 粉末的流動性、振實密度等指標是衡量粉末冶金用粉末材料的重要指標。