图5　电子束熔化成形技术

Fig.5 Electron beam melting technology a) schematic of EBM [29], b) steps of EBM proces

电子束熔化成形（EBM）工艺类似于 SLM，唯一的不同之处是熔化粉末层的能量源，这里使用电子束代替激光[7]。EBM技术具有成形速度快、无反射、能量利用率高、在真空中加工无污染和可加工传统工艺不能加工的难熔、难加工材料等优点[28]。而 EBM技术的缺点是：需要专用的设备和真空系统，成本昂贵；打印零件尺寸有限；在成形过程中会产生很强的X射线，需要采取有效的保护措施，防止其泄露对实验人员和环境造成伤害。

1.5　激光工程化净成形（LENS）

激光工程化净成形（LENS）是在激光熔覆技术的基础上结合选择性激光烧结技术发展起来的一种金属3D打印技术[30]。LENS工作原理同选择性激光烧结技术相似，采用大功率激光束，按照预设的路径在金属基体上形成熔池，金属粉末从喷嘴喷射到熔池中，快速凝固沉积，如此逐层堆叠，直到零件形成。如图6所示，LENS系统主要由激光系统、粉末输送系统和惰性气体保护系统组成。首先通过三维造型软件设计出零件的三维CAD实体模型，然后将三维实体模型转化成 STL格式的文件，再利用切片软件将实体模型的 STL文件切分成一定厚度的薄层，并得到每一层扫描轨迹，最后把生成的数据传送到LENS系统中，系统根据给定的数据，层层沉积形成致密的金属零件[31]。

激光工程化净成形技术与常规的零件制造方法相比，极大地降低了对零件可制造性的限制，提高了设计自由度，可制造出内腔复杂、结构悬臂的金属零件，能制造出化学成分连续变化的功能梯度材料，并且还能对复杂零件和模具进行修复。由于使用的是高功率激光器进行熔覆烧结，经常出现零件体积收缩过大，并且烧结过程中温度很高，粉末受热急剧膨胀，容易造成粉末飞溅，浪费金属粉末。

图6　激光工程化净成形原理[32]

Fig.6 Schematic of LENS[32]

2、金属3D打印技术的应用：

2.1　选择性激光烧结（SLS）的应用

SLS技术在金属零件制造中占有重要地位，它的应用范围十分广泛，包括汽车制造、航空航天、建筑桥梁、海洋、医学和模具等领域。据德国 EOS公司透露，新一代战机 F-35Lighte-ningⅡ飞机中有 1600个零部件使用 SLS技术快速成形制造出来的，欧洲宇航防务集团（EADS）公司已经在研究使用SLS技术制造飞机[33]。美国采用SLS技术制备AIM-9响尾蛇导弹制导部分的基座[34]。此外EOS公司用SLS技术制造不锈钢（316L）内腔镜、镍合金（IN625/IN718）高温涡轮部件、钛合金（Ti64）医疗植入和铝合金（AlSi10Mg）赛车零件等[35]。