選擇性雷射熔化材料完整指南

積層製造持續重新定義工業生產，提供無與倫比的設計自由度與材料效率。其中最先進的金屬 3D 列印技術之一是選擇性雷射熔化（SLM），這項技術能直接從數位檔案製造出堅固且複雜的零件。對於航太、醫療與汽車 3D 列印等產業，SLM 利用專門的 SLM 材料，提供耐用且高效能的零件。

本指南詳細介紹選擇性雷射熔化是什麼、其運作原理，以及 SLM 3D 列印中最常用的金屬與合金。

什麼是選擇性雷射熔化（SLM）？

SLM 的核心是一種逐層堆疊金屬零件的積層製程。在 SLM 3D 列印機內部，高功率雷射根據 3D CAD 模型精確熔化並熔合細金屬粉末。雷射掃描設計的每一個截面，完全熔化粉末顆粒，隨後凝固形成緻密的實心層。建構平台逐步下降，鋪上一層新粉末，循環重複直到完整零件成形。整個過程在受控的惰性氣體環境中進行，以防止氧化並確保材料完整性。與某些其他製程不同，SLM 可實現近全緻密度，製造出堅固且功能性的金屬零件。

常見 SLM 材料及其應用

選擇合適的材料對於達到最佳性能與功能至關重要。以下合金是 SLM 3D 列印中最廣泛使用的材料之一：

● 不鏽鋼，例如 316L、17-4PH

不鏽鋼 316L 是最常用的 SLM 材料之一，具有優異的耐腐蝕性、高強度與生物相容性。適用於醫療設備、海事零件、食品級設備及一般工業應用的 3D 列印不鏽鋼零件。

● 鋁合金，例如 AlSi10Mg

以輕量化且高強度、優異的熱傳導性著稱。能夠 3D 列印鋁合金，使其成為航太與汽車應用中減輕重量的理想選擇，同時提升燃油效率，也可用於熱交換器或電子外殼等零件。

● 鈦合金，例如 Ti6Al4V

以卓越的強度重量比、優異的耐腐蝕性與生物相容性著稱。3D 列印鈦零件常見於高要求的航太應用、高效能汽車零件，以及關節或牙科植體等醫療植入物。

● 鎳基超合金，例如 Inconel 625、718

鎳基超合金專為極端條件設計，提供卓越的高溫、腐蝕與機械應力抗性。對製造噴射引擎、燃氣渦輪機與化學加工系統中的零件至關重要。

● 鈷鉻合金

以高耐磨性、強度與生物相容性著稱，適用於膝關節與髖關節置換等高要求醫療植入物、牙科框架，以及高磨損工業零件。

● 工具鋼，例如 H13

以高硬度與耐磨性著稱，用於列印模具、沖模及其他工具零件。

金屬粉末在 SLM 中的角色

SLM 3D 列印的成功高度依賴所用金屬粉末的品質。這些粉末透過氣體或電漿霧化製程，製造出球形、細緻的顆粒，以確保流動性一致與最佳熔化效果。關鍵粉末特性包括：

● 顆粒形狀：球形顆粒確保良好的粉末流動性與建構平台上的緻密堆積。

● 粒徑分布：受控的粒徑範圍（通常小於 50 微米）有助於實現一致的熔化與層形成。

● 純度：低雜質（如氧氣）含量對於實現最終零件所需的機械性能至關重要。

只有高品質、經認證的粉末，才能為關鍵零件提供所需的機械性能與一致性。

使用 SLM 材料的優勢與考量

在金屬 3D 列印中使用 SLM 材料具有顯著優勢：

● 能夠創造傳統製造無法實現的複雜幾何形狀。

● 近淨成形生產，減少材料浪費與加工需求。

● 直接從 SLM 3D 列印機獲得高強度、高密度與功能性表現。

然而，金屬積層製造通常涉及多個後處理步驟，必須考量以下因素：

● 建構過程中需使用支撐結構以管理熱量並防止變形，這些支撐必須移除。

● 可能需要熱處理以消除內部應力並優化材料性能。

● 可能需要表面精加工技術（如加工或拋光）以達到嚴格公差或特定表面效果。

此外，專用金屬粉末與操作 SLM 3D 列印機的成本較高，因此與服務供應商合作往往是最實際的做法。

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