激光熔融与烧结有何区别？颗粒熔合方法的指南

从根本上讲，激光熔融和烧结之间的区别在于材料的状态。激光熔融利用高能激光将材料加热至熔点以上，从而实现从固态到液态的完全相变。相比之下，烧结利用热量和通常的压力将颗粒在固态下粘合在一起，而材料从未完全液化。

虽然这两种工艺都能将粉末粘合成立体结构，但在这两者之间做出选择是材料工程中的一个基本决定。熔融是从液态构建部件以实现最大密度，而烧结是在固态下熔合颗粒，为那些难以或不可能熔化的材料开辟了道路。

基本区别：物质状态

熔融和烧结之间的区别不仅仅是理论上的；它决定了整个制造过程、最终部件的性能以及您可以使用材料的类型。

在选择性激光熔融 (SLM) 等工艺中，高功率聚焦激光会扫描一层细金属粉末。能量非常高，会瞬间熔化路径中的粉末颗粒，形成一个微小的局部熔池。

然后，该熔池冷却并固化，与下层粘合。机器沉积新的一层粉末，过程重复，逐层构建一个完全致密的物体，就像它被微焊接出来一样。

烧结在较低的温度下进行，通常在材料熔点的 50% 到 90% 之间。在此温度下，材料仍保持固态，但每个粉末颗粒表面的原子会变得高度活跃。

这种热能，通常与外部压力相结合，会导致原子在颗粒边界处迁移。这个过程被称为固态扩散，它会形成强大的冶金键，逐渐消除颗粒间的空隙，并将粉末固结成连贯的整体。

用于熔合粉末的方法直接影响最终部件的密度、内部应力和整体性能。

激光熔融通常生产出密度极高的部件，通常超过 99.5%。由于材料完全液化，它在固化前几乎填满了所有空隙，从而产生的性能可以与传统锻造或铸造金属相媲美。

另一方面，烧结可能会在最终部件中留下一些残余孔隙。虽然烧结后可以使用热等静压 (HIP) 等技术来实现完全致密化，但初始烧结部件的密度本身不如熔融部件高。

激光熔融固有的快速加热和冷却循环会在部件内部引入显著的内部应力。通常必须通过后处理热处理来消除这些应力，以防止翘曲或开裂并实现所需的机械性能。

烧结是一个更慢、更均匀的加热过程。这种更温和的热循环通常会使部件的内部应力大大降低，从而简化了后处理要求。

必须解决行业中一个常见的混淆点：直接金属激光烧结 (DMLS)。尽管名称如此，DMLS 是一种粉末床熔融工艺，涉及局部熔融或部分熔融，而不是真正的固态烧结。该术语是一个品牌名称，已成为金属 3D 打印的同义词，但其基本物理原理是熔融。

真正的烧结是一个独特的热过程，通常作为粘合剂喷射等其他增材技术中的次要步骤使用，在该技术中，首先打印出带有粘合剂的“生坯件”，然后将其放入熔炉中烧结成最终的致密金属部件。

选择工艺需要权衡部件性能的优势与材料和应用的限制。

熔融是一个高能耗过程，需要能够提供和管理极高温度的系统。它最适合可以干净熔化和固化的材料，如钛合金、不锈钢和铝。

烧结所需的峰值能量较低，是处理具有极高熔点（如钨或某些陶瓷）的材料，或处理其中一种材料会在另一种材料的熔化温度下被破坏的复合材料的唯一可行途径。

工艺发生的环境至关重要。为了防止高温氧化，金属的熔融和烧结都需要一个严格控制的惰性气氛（通常是氩气或氮气）。

对于某些材料，烧结甚至可能需要反应性气体环境（如氢气）来去除粉末颗粒表面的氧化物并促进有效的原子键合。

您的应用的主要要求——无论是机械性能、材料选择还是生产成本——都应指导您的决策。

了解颗粒连接的物理原理——无论是通过液化还是原子扩散——是为您工程挑战选择正确工具的关键。