金屬3D打印過程復雜（如圖1所示），影響最終打印質量的因素眾多，需要從原材料、工藝、設備三方面綜合管控，才能得到高質量的金屬3D打印件。每一批次原材料需要合乎規范要求，工藝需要經長期檢驗確保其高度穩定可靠，設備（含軟件）需要整體綜合設計保證其可靠性，若任何一個要素沒有考慮到位，則都有可能導致最終的工件打印失敗或質量檢驗不合格。

圖1 典型金屬3D打印過程（圖片來源于華曙高科）

圖2 原材料-工藝-設備相互影響關系（圖片來源于華曙高科）

一、材料端

金屬粉末材料對金屬3D打印成型質量至關重要，對于金屬粉末有嚴格技術要求，華曙金屬粉末來源于卓越品質供應商，同時建立有金屬粉末質量控制企業標準，雙管齊下，保證粉末質量。一般情況下，粉末需要檢測的指標有：

1.1.化學成分

各元素含量需滿足相關國家標準，對于使用的每一批次粉末，至少抽取一罐檢驗，一般金屬元素采用等離子體原子發射光譜儀檢測，O 、N、 H元素采用氧氮氫分析儀檢測，C元素采用碳硫分析儀檢測。若任意元素檢測結果不在合格范圍，則判定該批次粉末不合格。

圖3 電感耦合等離子體原子發射光譜儀（華曙自有）

1.2.粒徑分布

適用于金屬3D打印粉末需要滿足一定的粒徑分布，根據工藝特點需要控制D10，D50，D90，對于每一批次粉末均需采用激光粒度分析儀檢測粒徑分布，（檢測標準：GB/T 19077.1粒度分析激光衍射法第1部分：通則）；若任意參數檢測結果不在合格范圍，判定該批次粉末不合格。

圖4 激光粒度儀（華曙自有）

圖5 粒徑分布圖（示意圖，來源于華曙高科）

1.3.流動性

金屬3D打印對粉末流動性有確切要求，粉末流動性較差時主要影響鋪粉質量，從而影響打印質量。對于每批次粉末至少抽取一罐檢驗，采用霍爾流速計進行檢測，檢測標準：GB/T 1482 金屬粉末流動性的測定標準漏斗法（霍爾流速計）。若檢測結果不在合格范圍，則判定該批次粉末不合格。

圖5 霍爾流速計（華曙自有）

1.4.其他重要指標

粉末形貌，球形度，空心粉率，粉末濕度，松裝/振實密度，休止角等均需進行相應的檢驗。

圖6 金屬粉末（17-4PH）SEM形貌

二、工藝端

金屬3D打印工藝參數較多，大致可分為實體填充參數、輪廓參數、支撐參數等。華曙擁有超40人的應用研發團隊，以及超過25年3D打印行業應用經驗的Philip Cornner等高級海外顧問。該團隊專門從事材料工藝參數開發及樣件打印工藝設計工作，為客戶尋找最佳的應用方向，是客戶邁入增材制造世界不可或缺的得力助手。截止到目前，該團隊已發布14種以上材料工藝參數包并協助客戶實現超100個成功應用案例。

為了確保工藝參數穩定可靠，實行專題化研究，具體的工藝開發路線如下圖7所示，經重復打印驗證（如義齒數十萬次），確保工藝參數的高度可靠性。

圖7 工藝開發調試流程圖（圖片來源于華曙高科）

功率Laser power（p）、速度Scanning speed（v），掃描線間距hatching distance（h），層厚layer thickness（t）是影響金屬3D打印效率和性能的關鍵要素，如圖8所示。通常工藝調試圍繞這四個工藝參數展開，體積功率密度計算公式如式1-1。

圖8 工藝參數圖解（圖片來源于華曙高科）

式1-1

打印的基本測試樣件（如圖9）根據對應的標準進行測試，具體測試標準可以參考表1，對測試結果進行匯總和數據分析，得出最佳的力學性能所對應的參數。

圖9 工藝調試所打印的測試樣（圖片來源于華曙高科）

三、設備端

金屬3D打印對于設備要求非常嚴格，需要具備高精度的光路系統，兼顧精度與效率的運動機構等。華曙高科設備研發團隊擁有雄厚技術實力，由世界知名科學家許小曙博士領銜，涵蓋機械，軟件，光學，PLC，熱場，物理技術，電子技術等方向，團隊中擁有多名超過10年以上設計經驗的資深工程師。許小曙博士是享譽世界的粉末床增材制造技術的著名人物和企業家、福布斯雜志封面人物，擁有超過 20 年的增材制造經驗，獲得過“世界 100 位應用科學領域突出貢獻獎”、“最佳人工智能獎”等世界級獎項，曾在全球多家增材制造企業領銜關鍵技術研發及產業化，與此同時，華曙設備關鍵元器件均源于世界頂級供應商。

華曙高科金屬3D打印系統亮點優勢有——

動態光學系統

相比F-?鏡，動態聚焦可實現對光斑的靈活控制，從而可以實現提高打印效率的同時又保證打印質量，還可以顯著改善打印部件的表面精度。

圖10 動態聚集技術圖解（圖片來源于華曙高科）

圖11 光束質量分析測試（圖片來源于華曙高科）

軟件系統

華曙高科自主研發的增材制造一體化開源軟件操作系統，集合制造與故障診斷溫場控制、遠程監測、數據反饋與集成控制等功能于一體，是將增材制造多個模塊功能集成一體的系統控制軟件，也是具有開源性特征的3D打印軟件系統，突破了歐美增材制造企業原有封閉式軟件的技術局限，成為本領域開放式軟件平臺。

客戶使用華曙自主研發軟件就可以進行完整的模型預處理和設備控制，不需要投資購買任何第三方軟件。

Buildstar system

Buildstar軟件用于燒結工作包的排布，具備STL 排包( 平移, 旋轉等)、尺寸縮放、待支撐面預覽、生成支撐、尺寸補償和校準、建造和工件參數設定、碰撞檢測、時間和材料估算、掃描路徑預覽、測量等功能。華曙秉承開源理念，開放燒結參數供用戶調整，為客戶的材料研發和應用研發提供有效的解決方案； 

圖12 Bulidstar 界面（圖片來源于華曙高科）

圖13 Buildstar 切片界面（圖片來源于華曙高科）

Makestar system

MakeStar 軟件用于控制設備所有動作，具備實時圖表監控：包含工作腔氧氣含量值的實時曲線圖、循環系統壓力實時曲線圖、活塞加熱器溫度曲線圖（自上而下排列）；信息欄：實時顯示設備提示、警告及報警消息，可清空操作；狀態欄：記錄設備當前運行的狀態，包含工作腔門、氣路控制、激光、加熱器、成型缸活塞、缸體轉運、刮刀、溢粉缸、缸體提升及基板等相關信息。

來源：華曙高科