图3 粉末床工艺示意

电子束选区熔化技术工艺与SLM类似，只不过是在真空环境下通过高能电子束熔化金属粉末。典型的厂家有Acram和天津清研智束。基于粉末床的金属增材制造多以激光或电子束为成形源，但是如果换成喷射黏结剂与金属粉末黏结也可以形成金属构件，这就是黏结剂喷射（Binder Jetting）技术。采用黏结剂喷射（BinderJetting）方法打印技术，液体黏结剂选择性地黏结粉末床的区域，该工艺过程类似于金属铺粉工艺，打印完一层后，降低粉末床，然后在新的打印层上铺一层新的粉末。重复此过程，直到形成所需要的图形。取出原型件放入炉中，烧掉黏结剂，得到最终的金属构件。美国的Exone、德国的Voxeljet、瑞典的Digital Metal公司都生产该技术设备。

以 送 粉 为 技 术 特 征 的 激 光 金 属 直 接 成 形（LMDF）技术不受打印零件结构限制，可用于结构复杂、难于加工以及薄壁零件的加工制造。根据激光束与送粉的相对位置，有旁轴送粉和同轴送粉工艺，如图4所示。美国Sandai国家实验室、密西根大学、德国弗劳恩霍夫激光技术研究所等均开展了此领域研究工作。

a）旁轴送粉

b）同轴送粉

图4 送粉金属增材制造示意

5.2 基于丝材的金属增材制造

金属丝材增材制造可以用激光、电子束，也可以用电弧作为热源。电弧作为热源，因价格低廉，设备简单而受到重视。丝材电弧增材制造（Wireand Arc Additive Manufacture， WAAM）是基于TIG（非熔化极气体保护焊）、PAW（等离子弧焊）、MIG/MAG（基于熔化极惰性/活性气体保护焊）、CMT（冷金属过渡）等焊接技术发展而来的增材制造技术^[6]。成形材料主要有不锈钢、铝合金和钛合金等。电弧成形的构件表面精度较低，一般需要二次加工才能满足需求。

激光丝材增材制造，由于丝材易于存放、材料利用率高、打印效率高，材料100%回收，因此广受关注。目前，从研究的情况来看，以激光与丝材是否同轴的位向关系区分，主要有同轴送丝增材制造和旁轴送丝增材制造，如图5所示。

a）同轴送丝

b）旁轴送丝

图5 同轴送丝增材制造和旁轴送丝增材制造示意

图6所示为我们开发研制的同轴激光送丝打印机和打印的金属花瓶。金属丝材电子束增材制造技术在美国开发比较早。在高真空环境下，采用聚焦电子束熔化形成熔池，利用熔池热量熔化送进的金属丝进行增材制造，该技术的原理类似于激光丝材增材。由于是在真空环境中工作，所以设备的尺寸有所限制，打印成本较高。美国Sciaky公司推出了基于电子束熔丝3D打印装备，目前已具有了大中小不同加工尺寸的能力。西安智熔金属打印系统有限公司也推出了电子束熔丝增材制造装备，并已实现了零件的成形。