增材制造诞生于20世纪80年代后期，源自美国研究照相雕塑和地貌成型技术，是一种与传统材料去除加工方法相反，基于三维数字模型的，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺。1986年，Charles Hull生产出第一台SLA-250打印机。
增材制造技术经多年的发展，为适应各行业需求，出现了立体光造型(Stereo Lithography，SLA)、熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling ，FDM)、三维打印(Three-Dimensional Printing，3DP)、激光选区烧结技术(ive Laser Sintering ，SLS)、激光选区熔化技术(ive Laser Melting，SLM)等快速成型技术。由于金属模具的性能要求不同，目前主要使用SLM技术进行模具的打印，工作原理如图1。
（图1: 激光选区熔化技术原理图）
金属粉末激光选区熔化增材制造技术
激光选区熔化技术(SLM)是集计算机辅助设计、数控技术、增材制造于一体的先进制造技术。SLM技术利用直径50～100μm的聚焦激光束，把预先铺覆好的金属或合金粉末逐层选区熔化并凝固、成型，获得一个组织致密的金属零件。
SLM技术可以实现精密复杂结构件、个性化、定制化零件的直接制造，不再需要传统加工零件的专用模具。对于薄壁产品、结构内部有细小流道、后期加工困难的零件可一次性打印其形状，不再构成限制。
1、工艺原理
激光选区熔化工艺过程如图2所示。首先将三维CAD模型切片离散并规划扫描路径，得到可控制激光束扫描的路径信息。其次计算机逐层调入路径信息，通过扫描振镜控制激光束选择性地熔化金属粉末，未被激光照射区域的粉末仍呈松散状。加工完一层后，粉缸上升，成型缸降低切片层厚的高度，铺粉辊将粉末从粉缸刮到成型平台上，激光将新铺的粉末熔化，与前一层熔为一体。重复上述过程，直至最终形状过程完成，得到与三维实体模型相同的金属零件。
（图2: 典型的SLM工艺过程）
2、材料与精度
激光选区熔化能够直接由三维实体模型制成最终的金属零件，对于复杂金属零件，无须制作模具。使用材料目前主要包括钴合金，镍合金，模具钢，不锈钢，铝合金和生物医用合金。粉末主要是气雾化球形粉(Ti6Al4V)，如图3所示，粒径为0～70μm。该工艺加工层厚为20～50μm，激光光束小，微熔池特征尺寸在100μm左右，所以精度一般为0.05～0.15mm，表面粗糙度为10～20μm，可以满足大部分无需装配的金属零件快速制造，也是目前精度最高的金属增材制造工艺。
（图3: Ti6Al4V 钛合金粉末放大图）
目前用于金属模具生产的粉末牌号比较少，18Ni300粉末是市场应用最广，最成熟的模具钢粉末如下表所示是EOS 18Ni30制成模具的材质成份表。随着技术的发展，市场上不断有新的牌号粉末推出，例如 ：增强防锈性能 EOS CX粉末等。
（图4: EOS 18Ni300制成的模具钢材质成份表）
3、成型设备
SLM设备一般由光路单元、机械单元、控制单元、工艺软件和保护气密封单元几个部分组成。
光路单元主要包括光纤激光器、扩束镜、反射镜、扫描振镜和F-θ聚焦透镜等。激光器是SLM设备中最核心的组成部分，直接决定了整个设备的成型质量。SLM设备所采用的光纤激光器，转换效率高、性能可靠、寿命长、光束模式接近基模等，优势明显。高质量的激光束能被聚集成极细微的光束，并且其输出波长短。
扩束镜的作用是是扩大光束直径，减小光束发散角，减小能量损耗。
扫描振镜由计算机进行控制的电机驱动，作用是将激光光斑精确定位在加工面的任一位置。通常使用专用平场F-θ扫描透镜来避免出现扫描振镜单元的畸变，达到聚焦光斑在扫描范围内得到一致的聚焦特性。
机械单元主要包括铺粉装置、成型缸、粉料缸、成型室密封设备等。铺粉质量是影响SLM成型质量的关键因素，目前SLM设备中主要有铺粉刷和铺粉滚筒两大类铺粉装置。成型缸与粉料缸由电机控制，电机控制的精度也决定了SLM的成型精度。控制系统包括激光束扫描控制和设备控制系统两大部分。激光束扫描控制是计算机通过控制卡向扫描振镜发出控制信号，控制X/Y扫描镜运动以实现激光扫描。设备控制系统完成对零件的加工操作。主要包括以下功能：系统初始化、状态信息处理、故障诊断和人机交互功能。对电机系统进行各种控制，提供了对成型活塞、供粉活塞、铺粉滚筒的运动控制。对扫描振镜控制，设置扫描振镜的运动速度和扫描延时等。设置自动成型设备的各种参数，如调整激光功率，成型缸、铺粉缸上升下降参数等。 提供对成型设备五个电机的协调控制，完成对零件的加工操作。
在SLM装备生产方面，主要集中在德国、英国等国家。其中，德国是从事SLM技术研究最早与最深入的国家。典型企业德国EOS公司、ReaLizer、Concept Laser。德国企业在SLM技术领域有着明显的优势，当然还有不少优秀的企业，例如英国的雷尼绍公司等，均在推动SLM的进步和革新。图5给出了目前国际上主要的SLM成型设备。
（图5: 国际上主要SLM设备）
近年来，激光选区熔化成型技术越来越受到国内相关研究机构的重视，北京航空制造工程研究所、西北工业大学、华中科技大学、华南理工大学等单位陆续开展的相关研究不断向广度及深度推进。如今我国在金属激光选区熔化成型设备、制造工艺、过程控制、工艺稳定性等方面关键技术也取得了显著进展。
