激光选区熔化技术的原理与缺陷处理

当下行业运用激光选区熔化技术期间依旧存在一些急需解决的问题，比如说孔隙率控制不严格会致使力学强度降低，翘曲变形会直接对装配精度造成影响，这些情况都说明工艺体系还没有彻底成熟。要是不能依据原理并结合缺陷类型逐个分析背后的机制，仅仅依靠经验来调整参数，那么最终在精密制造里很难得到稳定且质量高的输出。本研究针对SLM 过程中的常见问题，从激光控制、扫描策略以及应力管理等方面给出实用建议，以便为其工程化提供更可靠的技术路径。

一、激光选区熔化技术的原理

激光选区熔化技术的核心原理是基于金属粉末逐层熔化然后再凝固的过程，它实际上是一种融合了精细控温、高速扫描以及数字化建模的先进增材制造方式。该工艺依靠高能激光束在金属粉末床表面进行受控照射，使得局部粉末迅速受热到熔点以上，形成极小的熔池，随后在激光移开后快速冷却凝固，以此完成单层结构的构建。整个过程是在一个密闭且充满惰性保护气体的工作腔内开展的，其作用是防止处于高温熔融状态的金属被氧化或者发生化学反应，保证最终结构的纯度与强度[1]。进行成型操作时，设备首先依据三维模型对整个结构实施切片处理，接着依据每一层的平面轮廓引导激光进行逐层处理。在处理完每一层之后，成型平台下降设定好的高度，新的一层粉末被均匀地铺布在上面，激光依照新的切层继续扫描熔化，这样一层一层的堆积方式最终把数字模型逐步转化为可见的实物。

二、激光选区熔化技术缺陷处理建议

（一）球化缺陷的激光功率密度优化控制方法

粉末熔化过程里较为常见的一种表面质量问题是球化缺陷，其一般体现为激光轨迹中熔池无法持续延伸，冷却时液态金属在表面张力作用下收缩成球，严重时会致使熔道断裂，引发结构强度降低甚至断层。此现象大多时候出现在激光功率密度设置偏低之时，激光束未提供充足能量让粉末充分融合，使得液态金属稳定性降低。在实际工艺优化中，技术人员要结合金属粉末的吸收率、粉末层厚度以及扫描速度等参数，合理设定激光功率密度[2]。一种较为有效的方式是运用空间能量密度计算模型，把单位体积内实际获得的能量当作标准，依据实测曲线找出让熔池连续且表面张力不占主导的最佳功率范围，防止因能量不足产生间断熔池问题，同时也要控制功率过高导致的飞溅现象。

（二）孔隙率超标问题的扫描速度参数调整策略

出现孔隙率超标问题的根本缘由往往和激光照射时间短、粉末未完全熔化或者扫描重叠区域有空区相关，而这全都和扫描速度的精细调控脱不了干系。要是扫描速度太快，激光滞留的时间就不足，粉末还没接收到充足能量就进入了冷却阶段，最终没能形成连续的致密熔道。要解决这个问题，工艺调整得对扫描速度进行分段控制，在零件内部填充区域与边缘轮廓区域采用不一样的扫描方案，像采用慢速扫描打底，接着用高速扫描完成中心区域，在提高整体效率的同时兼顾致密度。另外还可以引入变速扫描策略，在复杂几何分区主动降低速度，保证激光能充分作用于每一片粉末层面[3]。激光功率和扫描速度得协同优化，不能只单独调节其中一项参数，不然还是可能形成新类型的孔洞，比如熔化过度产生的气体包埋问题，建议在工艺开发阶段凭借设计正交试验或者响应面分析方法得到孔隙率对扫描速度变化的敏感性曲线，再依据不同金属粉末的材料特性做微调，建立多因素耦合下的速度控制逻辑模型，从根源上降低孔隙超限的风险。

（三）热裂纹形成机理分析中的预热温度设定规范

热裂纹大多时候出现在材料从高温迅速冷却的进程中，因温度梯度较为明显、热应力集中致使材料局部晶界出现开裂现象。那些由多种元素构成的合金粉末极易产生此类问题，解决该问题的最关键的是让热应力释放得更为平缓，而一种有效的策略是设定合理的预热温度，使整个平台在起始之前就保持在一个稳定的中温范围。如此当激光照射进入粉末床时，基底温度已接近粉末熔点以下的一个稳定区域，可减小激光熔池所在区域与周围材料的温差，有效减轻因急剧降温引发的相变应力[4]。预热温度的设置不能依靠经验盲目估算，而要依据材料的热膨胀系数、晶粒间相互作用以及冷却速率进行可控计算，一般建议采用阶段递增控制，先把粉末床加热至 100 至 200 摄氏度区间进行短暂恒温保持，接着导入激光扫描程序，最终达成热应力梯度的逐层释放。另外要保证加热系统的温度分布均匀，防止局部冷区出现，这对于防止热裂纹扩展到晶界区域十分关键。

结语

总之，激光选区熔化技术是以数字化驱动、逐层熔化堆积为核心的金属增材制造方法，在多个高端制造领域呈现出强大潜力。要实现稳定、高质量的精密制造，技术人员需深入理解其成形原理，还得在功率密度、扫描速度、预热温度和应力释放路径等方面建立一套有效的控制策略，将原理层面的认识与实践工艺相结合，推动其在更广阔应用场景中可靠落地。

参考文献：

[1]刘勇. 激光选区熔化技术制备Al-Si-Mg 合金的组织及力学性能研究[J]. 矿冶工程, 2025, 45 (01): 166-170.

[2]库岩涛,邱贺方,袁晓静,等. 选区激光熔化技术处理 AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金的力学性能及耐腐蚀性能 [J]. 火箭军工程大学学报, 2024,38 (06): 105-115.

[3]张伟,李礼,吴郡苓,等. 超声滚压对激光选区熔化铝锂合金残余应力的影响模拟研究 [J]. 工具技术, 2024, 58 (10): 67-74.

[4]向超,张涛,吴文伟,等. 热处理对激光选区熔化 18Ni300 马氏体时效钢微观组织和力学性能的影响 [J]. 中国激光, 2024, 51 (16): 176-185.