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摘 要：3D打印技術是通过数字三维软件，利用丰富多样的原料进行增材制造，经过40多年的发展，如今已经涵盖几乎所有材料种类，在这些众多的原材料中，金属增材制造的发展尤为突飞猛进，其3D打印成品已经广泛用于航空航天、工程建筑、医学治疗等重量级领域，不少国家已经将3D打印增材制造技术列为国家发展战略，本文详细介绍以金属为原料加工的SLS（选择性激光烧结技术）、LCD（激光熔敷沉积技术）、SLM（选区激光熔化技术）、3DP（三维焊接）以及EBM（电子束熔融技术）等技术，并将其进行横向对比，探究其未来发展前景。
关键词：3D打印;增材制造;SLS;SLM;LCD
3D打印技术即增材制造技术，从上世纪80年代诞生，与传统的制造技术相比较，3D打印更加灵活，能够结合三维软件技术，利用特种材质打印出各种各样的工件模型，不受结构影响和束缚，甫一问世，便受到社会各界的高度关注，发展至今，已经出现了以各种原材料进行加工制作的成熟可商用的增材技术，例如SLS（选择性激光烧结技术）、LCD（激光熔敷沉积技术）、SLM（选区激光熔化技术）、3DP（三维焊接）以及EBM（电子束熔融技术）等技术，已经广泛应用于航空、医疗、建筑、影视等诸多领域[1]。虽然存在技术差异，但是基本原理相通，都是利用了离散—堆积理念进行数字化成形，下文通过对这些不同金属 3D 打印增材制造技术的对比，探究各技术之间的优缺点和打印效果。
1不同金属3D打印增材制造技术分析
3D打印技术根据成形材料的沉积状态，可以将其分为SLS、SLM、LCD、3DP、EBM5种。
1.1选择性激光烧结技术——SLS
SLS技术的原理是利用激光的能量对材料进行物理化学反应，又被称为选择性激光烧结技术，最早是出现于上世纪80年代末，具体操作是通过将原料粉末均匀铺平在成形的零件上方，通过激光进行烧结，这样材料粉末就与底层零件烧结在一起，每烧结一层便重新铺上新的粉末，然后重复操作，便可以得到一个完整的零件。该工艺对材料的限制较低，因此选材较为广泛，例如常见的尼龙、树脂、蜡、金属、陶瓷等都可以用于该技术，这也是SLS最大的优势，此外，SLS还具有工艺简单、性价比高、成型速度快等优点。主要的缺点有：通过粉末烧结而成，零件表面粗糙，内部多孔、密度较低，主要用于铸造业快速建模。
1.2选区激光熔化技术——SLM
SLM技术是在激光的高能量集中作用下，将金属粉末完全熔化，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。由于SLM技术采用激光束进行化学作用，被作用金属粉末将熔化凝固，因此对激光的能量密度较高，需要超过106W/cm2，当前市面上常见的激光发射器有Nd-YAG、Co2激光器以及光纤激光器等。SLM同样采用激光作为能源，SLS是激光烧结，而SLM是激光熔化，两者都是对金属粉末进行物理化学作用，但是SLS技术在加工制作过程中没有对金属进行熔化操作，因此成型材料带有孔隙，韧性较差。SLM技术通过对金属原料的熔化可以直接成型，精度和韧性较好。SLM主要采用的金属原料有：合金、铁基合金、铜合金、钛合金等[2]。
1.3激光熔敷沉积技术——LCD
激光熔敷沉积技术是一种表面改性技术，将基层原料和表面粉末薄层进行融合，可以有效改善基层材料的耐用性和抗氧化性，具有密度大、结合紧密等特点，市场应用十分广阔，当前，该技术主要用于：（1）材料表面改性，例如涡轮叶片、齿轮等;（2）成品表面改性，可以增强产品强度和精度，延迟产品使用寿命;（3）增材制造，通过逐层熔覆，获得精度高、耐用性强的3D部件。主要使用材料包括：合金、不锈钢粉、钛合金等。
1.4三维焊接——3DP
3DP工艺是将金属粉末通过液态粘结剂粘结在一起，这种方式成型的产品并不纯碎，并且与SLS技术类似，产品韧性、强度和力学特性差，通常还需要其他技术进行处理。3DP 技术工艺简单、制作灵活、精度较高，可以对粉末大小进行精度控制，在后期技术处理后，密度也能达到使用要求，与其他技术相比，3DP没有使用激光能束等其他价格高昂的设备，成本控制在较低水平，极具性价比[3]。
1.5电子束熔融技术——EBM
EBM技术是在真空环境中将电子束焊接工艺熔化金属丝材或金属粉末材料，按照设定的路径逐层堆积而成形出金属制件，该技术对生产环境具有较高的要求。在材料选用方面，由于电子束技术限制，只能选用具有导电性能好的金属材料，例如钢、钛合金、镍合金等，此外，电子束还可用于对光能具有较高反射作用的金属沉积成形，因此能源利用率较高。EBM增材技术主要应用于航空、医疗、汽车制造等领域。电子束需要用到真空环境，成本昂贵，同时容易产生伽马射线污染。
2不同金属3D打印增材制造技术对比研究
上述各项3D打印增材制造技术各有优势领域和技术方向，没有哪一种技术能够包打天下，在进行产品生产时需要根据实际需要选用合适技术和方法。
3结语
3D 打印增材制造技术是在工业化高度发展下出现的，顺应了现代制造业发展趋势和市场需求，金属3D 打印增材制造技术的不断成熟，促进了航空、医疗、建筑、汽车等领域的快速发展，对人们生活水平提升和市场经济进一步发展具有积极作用，在市场中要结合实际应用好这些技术，深入挖掘技术和市场潜力，造福人类。
参考文献
[1] 李素丽. 不同金属3D打印增材制造技术对比分析[J]. 中国铸造装备与技术，2016，000（006）：6-8.
[2] 张晓刚，李宗义，张昊，等. 关于不同金属3D打印增材制造技术对比研究[J]. 信息记录材料，2019，020（008）：28-29.
[3] 杨启云，吴玉道，仲守亮. 3D打印专用金属粉末的特性研究[C]// 全国粉末冶金学术会议暨海峡两岸粉末冶金技术研讨会. 2015.
关键词：3D打印;增材制造;SLS;SLM;LCD
3D打印技术即增材制造技术，从上世纪80年代诞生，与传统的制造技术相比较，3D打印更加灵活，能够结合三维软件技术，利用特种材质打印出各种各样的工件模型，不受结构影响和束缚，甫一问世，便受到社会各界的高度关注，发展至今，已经出现了以各种原材料进行加工制作的成熟可商用的增材技术，例如SLS（选择性激光烧结技术）、LCD（激光熔敷沉积技术）、SLM（选区激光熔化技术）、3DP（三维焊接）以及EBM（电子束熔融技术）等技术，已经广泛应用于航空、医疗、建筑、影视等诸多领域[1]。虽然存在技术差异，但是基本原理相通，都是利用了离散—堆积理念进行数字化成形，下文通过对这些不同金属 3D 打印增材制造技术的对比，探究各技术之间的优缺点和打印效果。
1不同金属3D打印增材制造技术分析
3D打印技术根据成形材料的沉积状态，可以将其分为SLS、SLM、LCD、3DP、EBM5种。
1.1选择性激光烧结技术——SLS
SLS技术的原理是利用激光的能量对材料进行物理化学反应，又被称为选择性激光烧结技术，最早是出现于上世纪80年代末，具体操作是通过将原料粉末均匀铺平在成形的零件上方，通过激光进行烧结，这样材料粉末就与底层零件烧结在一起，每烧结一层便重新铺上新的粉末，然后重复操作，便可以得到一个完整的零件。该工艺对材料的限制较低，因此选材较为广泛，例如常见的尼龙、树脂、蜡、金属、陶瓷等都可以用于该技术，这也是SLS最大的优势，此外，SLS还具有工艺简单、性价比高、成型速度快等优点。主要的缺点有：通过粉末烧结而成，零件表面粗糙，内部多孔、密度较低，主要用于铸造业快速建模。
1.2选区激光熔化技术——SLM
SLM技术是在激光的高能量集中作用下，将金属粉末完全熔化，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。由于SLM技术采用激光束进行化学作用，被作用金属粉末将熔化凝固，因此对激光的能量密度较高，需要超过106W/cm2，当前市面上常见的激光发射器有Nd-YAG、Co2激光器以及光纤激光器等。SLM同样采用激光作为能源，SLS是激光烧结，而SLM是激光熔化，两者都是对金属粉末进行物理化学作用，但是SLS技术在加工制作过程中没有对金属进行熔化操作，因此成型材料带有孔隙，韧性较差。SLM技术通过对金属原料的熔化可以直接成型，精度和韧性较好。SLM主要采用的金属原料有：合金、铁基合金、铜合金、钛合金等[2]。
1.3激光熔敷沉积技术——LCD
激光熔敷沉积技术是一种表面改性技术，将基层原料和表面粉末薄层进行融合，可以有效改善基层材料的耐用性和抗氧化性，具有密度大、结合紧密等特点，市场应用十分广阔，当前，该技术主要用于：（1）材料表面改性，例如涡轮叶片、齿轮等;（2）成品表面改性，可以增强产品强度和精度，延迟产品使用寿命;（3）增材制造，通过逐层熔覆，获得精度高、耐用性强的3D部件。主要使用材料包括：合金、不锈钢粉、钛合金等。
1.4三维焊接——3DP
3DP工艺是将金属粉末通过液态粘结剂粘结在一起，这种方式成型的产品并不纯碎，并且与SLS技术类似，产品韧性、强度和力学特性差，通常还需要其他技术进行处理。3DP 技术工艺简单、制作灵活、精度较高，可以对粉末大小进行精度控制，在后期技术处理后，密度也能达到使用要求，与其他技术相比，3DP没有使用激光能束等其他价格高昂的设备，成本控制在较低水平，极具性价比[3]。
1.5电子束熔融技术——EBM
EBM技术是在真空环境中将电子束焊接工艺熔化金属丝材或金属粉末材料，按照设定的路径逐层堆积而成形出金属制件，该技术对生产环境具有较高的要求。在材料选用方面，由于电子束技术限制，只能选用具有导电性能好的金属材料，例如钢、钛合金、镍合金等，此外，电子束还可用于对光能具有较高反射作用的金属沉积成形，因此能源利用率较高。EBM增材技术主要应用于航空、医疗、汽车制造等领域。电子束需要用到真空环境，成本昂贵，同时容易产生伽马射线污染。
2不同金属3D打印增材制造技术对比研究
上述各项3D打印增材制造技术各有优势领域和技术方向，没有哪一种技术能够包打天下，在进行产品生产时需要根据实际需要选用合适技术和方法。
3结语
3D 打印增材制造技术是在工业化高度发展下出现的，顺应了现代制造业发展趋势和市场需求，金属3D 打印增材制造技术的不断成熟，促进了航空、医疗、建筑、汽车等领域的快速发展，对人们生活水平提升和市场经济进一步发展具有积极作用，在市场中要结合实际应用好这些技术，深入挖掘技术和市场潜力，造福人类。
参考文献
[1] 李素丽. 不同金属3D打印增材制造技术对比分析[J]. 中国铸造装备与技术，2016，000（006）：6-8.
[2] 张晓刚，李宗义，张昊，等. 关于不同金属3D打印增材制造技术对比研究[J]. 信息记录材料，2019，020（008）：28-29.
[3] 杨启云，吴玉道，仲守亮. 3D打印专用金属粉末的特性研究[C]// 全国粉末冶金学术会议暨海峡两岸粉末冶金技术研讨会. 2015.