选择性激光烧结与电子束熔融有何区别？增材制造中的烧结与熔融

从根本上说，区别在于能量来源及其引发的物理过程。选择性激光烧结（SLS）使用精密激光将粉末颗粒加热到略低于其熔点的温度，使其融合在一起。相比之下，电子束熔融（EBM）使用强大的电子束将粉末完全熔化，形成一个完全液态的熔池，然后凝固。

在SLS和EBM之间做出选择，是烧结材料（擅长处理聚合物）的多功能性与全熔融（为要求最严苛的应用生产高强度、完全致密的金属零件）的专业能力之间的战略决策。

核心区别：烧结与熔融

“烧结”和“熔融”这两个术语定义了每种技术的核心。虽然它们都通过逐层从粉末床构建零件，但它们粘合粉末的方式决定了最终结果。

在烧结过程中，激光提供足够的能量来熔合粉末颗粒的外表面。材料不会完全液化。

可以将其想象成通过加热两个冰块的表面，使其刚好形成一层薄薄的水，然后水重新结冰，将它们粘合在一起。大部分冰块仍然是固态的。这个过程对于尼龙等聚合物非常有效，也可以用于某些金属。

EBM所进行的熔融涉及将材料加热到远超其熔点的温度，直到它从固体完全转变为液体。

这更像是创建一个小的局部焊池。电子束的高能量将特定区域的金属粉末完全液化，然后冷却并凝固成一个坚固、致密的结构。这种方法专门用于导电金属。

能量来源的选择——光与电子——产生了一系列差异，影响着从机器环境到最终零件性能的一切。

激光 (SLS) 是一种聚焦的光束。它精确且能在受控气氛中有效地传递能量。

电子束 (EBM) 是一股带电粒子流。它比SLS中通常使用的激光强大得多，可以实现更快的构建速度。然而，电子很容易被空气分子散射，因此需要一个特殊的环境。

SLS机器在充满惰性气体（通常是氮气）的腔室中运行。这可以防止受热的聚合物或金属粉末氧化，从而损害零件的完整性。

EBM机器需要高真空。这种真空有两个作用：它防止电子束散射，并创造一个超纯净的环境，保护高活性金属（如钛）免受污染，从而获得卓越的材料性能。

SLS是聚合物的行业标准，尤其是尼龙，使其成为功能原型和具有复杂几何形状的最终用途零件的首选。虽然金属SLS存在，但它不那么常见。

EBM专门用于导电金属。它擅长处理钛合金和钴铬合金等高性能、耐高温材料，这些材料用其他方法难以加工。

EBM零件完全致密（大于99.9%），其机械性能通常优于铸造甚至锻造零件。真空环境使得材料极其纯净，残余应力低。

SLS聚合物零件坚固耐用，适用于许多应用。通过烧结制造的金属零件固有地比熔融零件更具孔隙，可能需要二次渗透步骤才能达到完全致密和最大强度。

没有哪种技术是普遍更好的；它们针对不同的结果进行了优化。了解它们的局限性对于做出明智的决定至关重要。

EBM系统中的真空腔室是材料纯度的关键优势，但它也增加了复杂性和循环时间。机器在构建前必须抽真空，并且在零件可以取出之前需要显著冷却，这延长了总处理时间。

由于其高功率和较大的光斑尺寸，EBM通常速度更快，但生产的零件表面光洁度较粗糙。SLS通常提供更精细的特征分辨率和更光滑的“原始”表面。

两种技术在构建完成后都需要清除松散的粉末。EBM较粗糙的表面可能使粉末清除更具挑战性。EBM零件通常需要进行机械加工或抛光以获得关键表面，而SLS聚合物零件通常进行喷砂或染色处理。

选择正确的技术需要将其优势与您项目不可协商的要求相匹配。

如果您的主要重点是快速原型制作或生产功能性聚合物零件：SLS是明确的选择，因为它具有多种材料选择（尤其是尼龙）以及无需专用支撑结构即可创建复杂几何形状的能力。
如果您的主要重点是为航空航天或医疗用途生产高强度、经过认证的金属部件：EBM是卓越的技术，能够以钛等材料提供完全致密、低应力的零件，其性能符合严格的行业标准。
如果您的主要重点是具有良好表面光洁度的高细节金属零件：您还应考虑选择性激光熔融（SLM），这是一种相关技术，它使用激光完全熔化金属粉末，通常比EBM提供更精细的分辨率。

最终，理解基本过程——熔合颗粒表面与创建完整的液态熔池——是选择最符合您的材料需求和性能要求的技术的关键。