16、粉末床熔融技术：原理、材料与融合机制解析

粉末床熔融技术：原理、材料与融合机制解析

1. 粉末床熔融技术概述

粉末床熔融（PBF）是最早出现且用途最为广泛的增材制造（AM）工艺之一，适用于聚合物、金属，在一定程度上也适用于陶瓷和复合材料。随着技术的发展，利用不同能源来熔融粉末的机器种类不断增加，其中基于激光的金属PBF工艺是当前最为活跃的发展领域。激光粉末床熔融（LB - PBF）工艺作为一种直接制造方法，在众多行业中备受关注。

选择性激光烧结（SLS）是首个商业化的PBF工艺，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校开发。所有PBF工艺都有一些共同的基本特征：
- 具备一个或多个用于促使粉末颗粒融合的热源。
- 有控制粉末在每层指定区域融合的方法。
- 拥有添加和平整粉末层的机制。

最常见的热源是激光，采用激光的PBF工艺被称为激光烧结（LS）机器。由于聚合物激光烧结（pLS）机器和金属激光烧结（mLS）机器差异显著，下面将分别进行介绍。此外，电子束和其他热源所需的机器架构与激光烧结机器有很大不同，非激光热源将在后续单独讨论。

LS工艺最初是为了使用逐点激光扫描技术制造塑料原型而开发的。后来，该方法被扩展应用于金属和陶瓷粉末，采用了更多的热源，并且商业化推出了用于粉末材料逐层融合的变体工艺。如今，PBF工艺在全球广泛应用，可使用的材料范围广泛，包括聚合物、金属、陶瓷和复合材料，并且由于其材料性能与许多通过传统方法制造的工程级聚合物、金属和陶瓷相当，越来越多地用于最终产品的直接制造。

为了对PBF工艺进行基础描述，下面将以聚合物激光烧结（pLS）作为范例，与其他PBF工艺进行对比。

2. 聚合物激光烧结（pLS）工艺

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