2. SLM材料体系概览
激光选区熔化（SLM）并不是“任何金属粉末都能打”的通用工艺。它的成形窗口由三件事共同决定：材料对近红外激光（常见1064 nm）的吸收率、熔池在快速凝固下的行为，以及粉末在铺层与循环使用中的稳定性。理解钛合金、铝合金、镍基高温合金、不锈钢、钴铬合金、铜合金和难熔金属这七类材料的差异，本质上是在比较它们“吸收多少能量、能否稳定成球、凝固后是否开裂、以及是否需要额外热处理”这四个环节。
先建立一个统一的判断框架。SLM中激光能量密度常用 E = P / (v·t·h) 估算，其中P为激光功率（W），v为扫描速度（mm/s），t为铺粉层厚（mm），h为扫描间距（mm），单位约为J/mm³。但E相同不代表结果相同，因为不同材料的吸收率、热导率和熔点差异极大。例如铜对1064 nm的吸收率在室温下仅约5%，而钛合金可达约40%以上；这意味着同样能量密度下，铜粉实际耦合进熔池的能量远低于钛。因此，材料适用性对比必须把“光学吸收—热物性—冶金缺陷”串起来看。
从表中可以读出几条关键规律。第一，吸收率与热导率往往“反向耦合”：铜和铝热导率极高，热量迅速被基体和粉末导走，熔池难以维持，容易出现球化和未熔合；而钛合金和镍基合金热导率低，熔池停留时间长，反而更容易获得连续致密的熔道。第二，熔点决定激光功率下限：难熔金属钨的熔点超过3400℃，即使吸收率尚可，也需要极高功率密度才能形成稳定熔池，且极易氧化，通常需要惰性气体保护甚至预热基板。第三，裂纹倾向与凝固区间和热膨胀系数相关：铝合金和镍基合金在快速凝固时容易产生热裂纹，而316L不锈钢因凝固区间窄、韧性好，是SLM中最“宽容”的材料之一。
具体到工艺参数，以316L不锈钢为例，一个常见的起步窗口是：激光功率200～280 W，扫描速度800～1200 mm/s，层厚30～40 μm，扫描间距80～100 μm，基板预热100～200℃。按 E = P/(v·t·h) 估算，取P=250 W、v=1000 mm/s、t=0.03 mm、h=0.09 mm，则E≈92.6 J/mm³。这个能量密度下，316L通常能获得致密度99%以上的试样，但若扫描速度提高到1500 mm/s，E降至约61.7 J/mm³，就可能出现未熔合孔洞。判断依据是金相截面中孔洞面积占比，以及阿基米德法测得的相对密度。
钛合金TC4的窗口则更窄。由于钛对氧极敏感，氧含量超过0.2%就会显著降低塑性，因此SLM舱内氧含量通常需控制在100 ppm以下，最好低于50 ppm。典型参数为：激光功率250～350 W，扫描速度1000～1400 mm/s，层厚30～50 μm，扫描间距100～120 μm，基板预热200℃左右。TC4成形后通常需要去应力退火（600～650℃保温2～4 h，随炉冷却），若用于航空承力件，还需热等静压（920～950℃、100～150 MPa、2～4 h）以消除内部气孔。判断是否合格，除了致密度，还要看α′马氏体针的尺寸和β相分布，这直接影响后续疲劳性能。
铝合金的难点在于氧化膜和热裂纹。AlSi10Mg中Si含量约10%，凝固时形成Al-Si共晶，能一定程度上抑制裂纹，但纯铝或高强铝（如7075）的SLM难度极大。AlSi10Mg的典型参数为：激光功率300～400 W，扫描速度1000～1500 mm/s，层厚30～50 μm，扫描间距100～130 μm，基板预热150～200℃。由于铝粉表面易吸附水分和氧，粉末使用前通常需在80～120℃真空干燥2～4 h。成形后T6处理（固溶520℃/2 h水淬 + 时效160℃/6 h）可显著提高强度，但要注意固溶温度过高会导致晶粒粗化。
镍基高温合金IN718是SLM中研究最深入的高温材料之一。它的凝固区间较宽，容易产生Nb、Mo等元素的偏析，形成Laves相，降低塑性。典型参数为：激光功率250～350 W，扫描速度800～1200 mm/s，层厚30～40 μm，扫描间距90～110 μm，基板预热100～200℃。成形后需进行固溶处理（980℃/1 h空冷）和双级时效（720℃/8 h + 620℃/8 h），使γ″和γ′相析出，获得高强度。判断Laves相是否消除，可通过SEM-EDS观察Nb元素分布是否均匀。
钴铬合金在齿科和医疗植入领域应用广泛，其SLM工艺相对成熟。CoCrMo的典型参数为：激光功率180～250 W，扫描速度600～900 mm/s，层厚20～30 μm，扫描间距70～90 μm，基板预热100～200℃。由于钴铬合金硬度高、耐磨性好，成形后通常只需去应力退火（750～850℃/1～2 h），但若用于承力植入体，仍需热等静压。铜合金和难熔金属则属于“挑战型”材料：铜合金需要短波长激光（如515 nm绿光或450 nm蓝光）来提高吸收率，或采用高功率密度配合低扫描速度；难熔金属则需要高功率（500 W以上）、低扫描速度（300～600 mm/s）和预热基板（500℃以上），且粉末需严格防氧化。
最后需要强调，上述参数均为教学示例范围，实际生产中必须根据具体设备的光斑直径、粉末粒径分布（通常15～53 μm或20～63 μm）、舱内气氛和基板材质进行单道熔道试验和正交优化。判断材料是否“适合SLM”，最终要看三个指标：相对密度能否稳定达到99%以上、金相中裂纹和未熔合孔洞是否可控、以及热处理后力学性能是否满足服役要求。这三条同时成立，才说明该材料体系在当前设备上真正可用。