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作为一项集“材料—光电—机械与控制”等多学科于一体的新型高端数字化制造技术，相对于减材制造、等材制造、粉末冶金等传统制造技术而言，增材制造技术的发展只有短短不到30年的时间，但是却在全世界范围内获得了极高的关注度，甚至被誉为人类历史上“第3次工业技术革命”。“所想所见即所得”是对该项技术优势的最好诠释。其中，激光选区熔化增材制造技术（SLM）因其具有较高的成形精度、良好的表面质量，已经成為近期金属3D打印领域研究的热点方向。SLM技术的最大特点是在理论上可以实现复杂异构件的整体精密制造（包括内部复杂结构）。但是，SLM技术对原料粉末要求高、最大加工尺寸有限、SLM及后续热处理机理复杂等问题，限制了SLM增材制造技术产业链的发展。笔者从原料粉体、SLM工艺及装备、后续热处理、工程应用等方面介绍了国内外SLM增材制造技术产业链的发展现状，并对产业链中存在的若干问题进行了探讨。
一、激光选区熔化增材制造技术专用粉体
激光选区熔化增材制造对粉体材料有何要求？世界3D打印行业专家根据SLM工艺给出了通用定义，即尺寸在15～60μm的金属颗粒群，并尽可能同时满足纯度高、少无空心，卫星粉少（实心最佳）、粒度分布窄、球形度高、氧含量低、流动性好和松装密度高等要求。理想的激光选区熔化增材制造专用粉体如图1所示。
国外在19世纪末就实现了超细粉末的规模工业生产。通过近30年的发展，国外成功采用真空感应气雾化法（VIGA法）、无坩埚电极感应熔化气体雾化法（EIGA法）、等离子旋转雾化法（PREP法）以及等离子火炬法（PA法）等方式制备SLM增材制造专用粉体材料，已经具备成熟稳定的批量供货能力，并垄断了全球大部分SLM增材制造专用粉体材料市场。
国内制备高性能SLM增材制造专用粉体材料的方法主要有2种，一种是高速等离子旋转电极法，另一种是气体雾化法。现阶段，国内基本具备2种工艺制备球形金属粉体材料的硬件能力，但是材料种类偏少、产能较低、批次稳定性差。国内权威机构对国产金属粉末与国外进口粉末进行了初步比较，在粉末形貌、卫星球、空心粉等部分指标上基本相当，但是细粉（-325目）出粉率不高（EIGA气雾化细粉出粉率在28%左右，等离子旋转雾化细粉出粉率在10%～15%左右），经试用后反馈氧含量控制不稳定，成形试样力学性能不理想。
目前，国内军用钛合金、铝合金等增材制造专用球形粉末全部来自进口，其中铝合金粉末只有常规的AlSi7Mg、AlSi12、AlSi10Mg，2系铝合金（2A12、2A14）、7系铝合金（7A04）粉末等军工常用材料只能定制生产。以美国为首的西方国家察觉我国将这些粉末用于军工领域的研制后，美国商务部要求美国及欧洲相关公司禁止向我国出口高质量激光增材制造成形用粉末。国内只能暂时假以民用的名义采购，采购途径不稳定、一次采购量受到限制且材料品种单一，未来采购具有极大的不确定性，严重影响我国国防军工重要型号的研制和生产。据报道，国内某航空配套企业为XX型飞机配套操作杆系统，由于进口粉末受阻导致型号开发延误，开发国产自制的球形金属粉末尤为迫切。
与气体雾化法相比，高速等离子旋转电极法制备的粉末粒度分布更集中，能有效减少陶瓷夹杂及粉末氧增量，同时杜绝空心粉、卫星粉现象。但是该项技术无法有效解决高转速下（≥30 000rpm）的动密封问题，导致粉末增氧高、-325目细粉收得率较低，成为目前制约该项技术推广最主要的技术瓶颈。湖南顶立科技有限公司（简称“顶立科技”）通过技术攻关，先后攻克了高速旋转动态密封及微量氧控制技术、智能化旋转进给控制技术、参数自适应柔性调控等关键技术，大幅提升等离子雾化制粉及装备技术水平，电极棒转速超过60 000rpm-300目细粉收得率超过40%，超高转速等离子旋转雾化制粉设备结构图见图2所示。
二、激光选区熔化增材制造工艺及装备
近几年，美国、德国等发达国家先后开发出新型激光选区熔化增材制造成形设备，大幅提高激光扫描的速度，减少成形时间，成形零件性能与锻件相当。目前激光选区熔化成形商业化设备最大加工体积可达到630mm×406mm×500mm。在成形工艺研究方面，美、欧等国先后成立国家级激光增材制造成形创新联盟，尤其是美国国防部、能源部、商务部、国家科学基金会以及国家航空航天局共同向激光增材制造成形试点联盟投资4 500万美金。包括40家企业、9个研究型大学、5个社区学院以及11个非营利机构。波音、洛-马、诺-格、通用动力、GE、霍尼韦尔、派克-汉尼汾等单位已利用此技术开发出商业化的金属零部件。
由于激光选区熔化增材制造成形技术属于新兴技术，国内在激光增材制造成形硬件系统、工艺特性和成形件质量等方面部分达到或接近国际先进水平，形成了与国外齐头并进的局面（打印尺寸达到500mm×500mm×500mm），但在设计理念、材料基础工艺研究、表面光洁度、支撑设计、成形效率等方面仍处于起步阶段，与美、欧发达国家有较大差距。
据报道，国外已将拓扑优化设计与轻量化技术应用于SLM增材制造，实现了由“制造引导设计、制造性优先设计、经验设计”的传统设计理念向“设计引导制造、功能性优先设计、拓扑优化设计”的3D打印设计理念转变，而国内这项工作还未规模开展。以顶立科技为代表的军品配套企业，通过基于拓扑优化和轻量化设计，成功实现全尺寸XX雷达支架整体3D打印快速制造，减重42%（图3）；德国某3D打印设备商开发一种新粉末工艺（可用粒度为20～60μm的粉末），往往需要6～8个月的工艺摸索，涉及的参数多达70余项，而国内仍采取“短、平、快”的试错方式，仅7～10天就认定一种新粉末工艺参数，涉及参数仅仅是激光功率、路径规划、扫描速度、扫描间距、粉末床温度等寥寥数10种，材料基础工艺研究不扎实；国外已开发出增减材一体化设备，有效解决部件内部复杂结构的光洁度问题；支撑设计方面，国外已经应用无需线切割即能分离打印件与基板的特殊支撑设计技术，大大缩短了取件周期；相较国产设备单激光头、单向铺粉、人工添粉、低扫描速度（6m/s），国外设备采用多激光头、双向铺粉、自动送粉、高扫描速度（16m/s），其成形效率，特别是铝合金构件的成形效率是国内同类产品的5～10倍。
一、激光选区熔化增材制造技术专用粉体
激光选区熔化增材制造对粉体材料有何要求？世界3D打印行业专家根据SLM工艺给出了通用定义，即尺寸在15～60μm的金属颗粒群，并尽可能同时满足纯度高、少无空心，卫星粉少（实心最佳）、粒度分布窄、球形度高、氧含量低、流动性好和松装密度高等要求。理想的激光选区熔化增材制造专用粉体如图1所示。
国外在19世纪末就实现了超细粉末的规模工业生产。通过近30年的发展，国外成功采用真空感应气雾化法（VIGA法）、无坩埚电极感应熔化气体雾化法（EIGA法）、等离子旋转雾化法（PREP法）以及等离子火炬法（PA法）等方式制备SLM增材制造专用粉体材料，已经具备成熟稳定的批量供货能力，并垄断了全球大部分SLM增材制造专用粉体材料市场。
国内制备高性能SLM增材制造专用粉体材料的方法主要有2种，一种是高速等离子旋转电极法，另一种是气体雾化法。现阶段，国内基本具备2种工艺制备球形金属粉体材料的硬件能力，但是材料种类偏少、产能较低、批次稳定性差。国内权威机构对国产金属粉末与国外进口粉末进行了初步比较，在粉末形貌、卫星球、空心粉等部分指标上基本相当，但是细粉（-325目）出粉率不高（EIGA气雾化细粉出粉率在28%左右，等离子旋转雾化细粉出粉率在10%～15%左右），经试用后反馈氧含量控制不稳定，成形试样力学性能不理想。
目前，国内军用钛合金、铝合金等增材制造专用球形粉末全部来自进口，其中铝合金粉末只有常规的AlSi7Mg、AlSi12、AlSi10Mg，2系铝合金（2A12、2A14）、7系铝合金（7A04）粉末等军工常用材料只能定制生产。以美国为首的西方国家察觉我国将这些粉末用于军工领域的研制后，美国商务部要求美国及欧洲相关公司禁止向我国出口高质量激光增材制造成形用粉末。国内只能暂时假以民用的名义采购，采购途径不稳定、一次采购量受到限制且材料品种单一，未来采购具有极大的不确定性，严重影响我国国防军工重要型号的研制和生产。据报道，国内某航空配套企业为XX型飞机配套操作杆系统，由于进口粉末受阻导致型号开发延误，开发国产自制的球形金属粉末尤为迫切。
与气体雾化法相比，高速等离子旋转电极法制备的粉末粒度分布更集中，能有效减少陶瓷夹杂及粉末氧增量，同时杜绝空心粉、卫星粉现象。但是该项技术无法有效解决高转速下（≥30 000rpm）的动密封问题，导致粉末增氧高、-325目细粉收得率较低，成为目前制约该项技术推广最主要的技术瓶颈。湖南顶立科技有限公司（简称“顶立科技”）通过技术攻关，先后攻克了高速旋转动态密封及微量氧控制技术、智能化旋转进给控制技术、参数自适应柔性调控等关键技术，大幅提升等离子雾化制粉及装备技术水平，电极棒转速超过60 000rpm-300目细粉收得率超过40%，超高转速等离子旋转雾化制粉设备结构图见图2所示。
二、激光选区熔化增材制造工艺及装备
近几年，美国、德国等发达国家先后开发出新型激光选区熔化增材制造成形设备，大幅提高激光扫描的速度，减少成形时间，成形零件性能与锻件相当。目前激光选区熔化成形商业化设备最大加工体积可达到630mm×406mm×500mm。在成形工艺研究方面，美、欧等国先后成立国家级激光增材制造成形创新联盟，尤其是美国国防部、能源部、商务部、国家科学基金会以及国家航空航天局共同向激光增材制造成形试点联盟投资4 500万美金。包括40家企业、9个研究型大学、5个社区学院以及11个非营利机构。波音、洛-马、诺-格、通用动力、GE、霍尼韦尔、派克-汉尼汾等单位已利用此技术开发出商业化的金属零部件。
由于激光选区熔化增材制造成形技术属于新兴技术，国内在激光增材制造成形硬件系统、工艺特性和成形件质量等方面部分达到或接近国际先进水平，形成了与国外齐头并进的局面（打印尺寸达到500mm×500mm×500mm），但在设计理念、材料基础工艺研究、表面光洁度、支撑设计、成形效率等方面仍处于起步阶段，与美、欧发达国家有较大差距。
据报道，国外已将拓扑优化设计与轻量化技术应用于SLM增材制造，实现了由“制造引导设计、制造性优先设计、经验设计”的传统设计理念向“设计引导制造、功能性优先设计、拓扑优化设计”的3D打印设计理念转变，而国内这项工作还未规模开展。以顶立科技为代表的军品配套企业，通过基于拓扑优化和轻量化设计，成功实现全尺寸XX雷达支架整体3D打印快速制造，减重42%（图3）；德国某3D打印设备商开发一种新粉末工艺（可用粒度为20～60μm的粉末），往往需要6～8个月的工艺摸索，涉及的参数多达70余项，而国内仍采取“短、平、快”的试错方式，仅7～10天就认定一种新粉末工艺参数，涉及参数仅仅是激光功率、路径规划、扫描速度、扫描间距、粉末床温度等寥寥数10种，材料基础工艺研究不扎实；国外已开发出增减材一体化设备，有效解决部件内部复杂结构的光洁度问题；支撑设计方面，国外已经应用无需线切割即能分离打印件与基板的特殊支撑设计技术，大大缩短了取件周期；相较国产设备单激光头、单向铺粉、人工添粉、低扫描速度（6m/s），国外设备采用多激光头、双向铺粉、自动送粉、高扫描速度（16m/s），其成形效率，特别是铝合金构件的成形效率是国内同类产品的5～10倍。