解析高性能金属零件激光增材制造技术研究进展(3)
2 国内外SLM技术最新研究进展
在SLM成形工艺方面，国内外研究者在缺陷控制、 应力控制、成形微观组织演变和提高成形件力学性能等方面开展了大量研究工作。德 国弗朗霍弗研究所 （Fraunhofer, ILT）研究人员在SLM成形不同臂厚 的AlSi10Mg双悬臂梁时， 对基板进行预热， 发现当预热温度为250℃时， 有效地降低了因温度梯度产生的热应力， 将成形件与基板分离后，不同臂厚的双悬臂梁均未发生变形和开裂。利兹大学的Olakanmi等总结了近年来世界范围内针对铝合金SLM成形的工艺、微观组织和力学性能的研究成果。
曼彻斯特大学的Majumdar等研究了316L不锈钢粉末SLM成形过程中微观组织的变化规律，发现试件上表面由于热量沿各个方向散热为等轴晶显微组织，试件下部由于热积累效应生长为粗大柱状组织，且能量密度越大，晶粒越大。拉夫堡大学的Mumtaz等在SLM成形Inconel625薄壁件时，采用脉冲整形技术改变脉冲周期内的能量分布，有效减少了成形过程中的粉末飞溅，改善了成形件的表面质量。国内华南理工大学、华中科技大学、西安交通大学和苏州大学等在SLM成形工艺方面也做了大量研究。例如，苏州大学的钱德宇等对SLM成形多孔铝合金进行了研究，分析了多孔铝合金的表面形貌、孔隙率、显微组织、相组成及微观力学性能，发现激光功率为130W时，孔隙率最大且多孔铝合金晶粒尺度达到纳米级别；激光功率变化对多孔铝合金的纳米硬度影响较大。
华南理工大学的刘洋等采用SLM成形了间隙尺寸为0.2mm的一系列倾斜角度的间隙特征，研究了成形厚度、倾斜角度和能量输入等工艺参数对间隙大小的影响，并成形了免组装的折叠算盘，如图3所示。 同时，国内外增材制造相关研究机构及企业也一直在致力于SLM设备的研发。自德国Fockele & Schwarze （F&S）与德国弗朗霍弗研究所（Fraunhofer, ILT）联合研制出第一台SLM设备以来，SLM技术及设备研发得到迅速发展。
国外对SLM设备的研发主要集中在德国、美国、日本等国家，目前这些国家均有专业生产SLM设备的公司，如德国的EOS、SLM Solutions、Concept Laser公司；美国的3D Systems公司和日本的Matsuura公司等。德国EOS公司推出了EOS M100/M290/M400、EOSINT M280、PRECIOUS M080型SLM设备，其中EOS M400型SLM设备最大成形尺寸为400mm×400mm×400mm。SLM Solutions公司研发的SLM 500HL型SLM设备最大成形尺寸为500mm×280mm×365mm。2015年，德国弗朗霍夫研究所（Fraunhofer, ILT）和Concept Laser公司联合研发出Xline2000R型SLM设备，其最大成形尺寸达到800×400mm×500mm。
目前，日本Matsuura公司研制出了金属光造型复合加工设备LUMEX Avance-25，该设备将金属激光成形和切削加工结合在一起，激光熔化一定层数粉末后，高速铣削一次，反复进行这样的工序，直至整个零件加工完成，从而提高了成形件的表面质量和尺寸精度，与单纯的金属粉末激光选区熔化技术相比，其加工尺寸精度 小于±5μm，图4为金属光造型复合加工原理示意图，图5为SLM技术与SLM+铣削加工复合技术成形结果对比。国内方面，华中科技大学、华南理工大学、西北工业大学和西安交通大学等高校在SLM设备的研发方面做了大量的研究工作。其中，华南理工大学激光加工实验室与北京隆源公司合作研制了最新一款DiMetal-100型SLM设备，成形致密度近乎100%的金属零件，表面粗糙度Ra小于15μm，尺寸精度达0.1mm/100mm。
2016年，华中科技大学武汉光电国家实验室的激光先进制造研究团队率先在国际上研制出成形尺寸为500mm×500mm×530mm的4光束大尺寸SLM设备，首次在SLM设备中引入双向铺粉技术，成形效率高出同类设备20%~40%。
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