如何利用粉末床熔融两大技术路线的异同？对比分析L-PBF与EBM技术特性与应用领域

文章和图片来源：时间：2025.06.18 点击率： 158

近年来，金属增材制造技术飞速发展，不断刷新制造复杂形状高性能零件的可能。金属增材制造技术涵盖多种类型，包括粉末床熔融、定向能量沉积、粘结剂喷射等等。其中，粉末床熔融是应用最广泛的类型之一。
粉末床熔融包含两种不同技术，激光粉末床熔融（L-PBF）和电子束熔化（EBM）。二者基本原理相同，是通过逐层熔融金属粉末构建模型。核心区别在于使用的能量源不同。激光和电子束是两种不同能量源，存在特性差异。

激光粉末床熔融设备使用一个或多个激光器加工成型。如今，配备超过12个激光器的设备已屡见不鲜。激光粉末床熔融是通过高能激光束扫描金属粉末床，使粉末逐层熔化并凝固，构建实体零件。激光的强度取决于金属材料的熔点，当激光扫过时材料会完全熔化，冷却后立即凝固。

电子束熔化则是利用由偏转线圈控制的高能电子束在真空环境中高速扫描和加热金属粉末。在磁场的引导下，产生的电子将粉末颗粒逐层熔化叠加制成金属零件。

*激光粉末床熔融技术（来源：Schmitz Metallographie GmbH）

选择激光粉末床熔融还是电子束熔化，仅从技术特性方面而言，打印质量是一个决定性因素，尤其是在成品零件方面。尽管两种技术方式都能生产精确、致密且坚固的零件，但表面处理不够光洁，零件也较为粗糙。为获得更光滑的精加工表面，需要一系列后处理步骤。

两相比较，激光粉末床熔融可以实现更高的精度。粉末颗粒的激光熔融更加精细，同时使用的粉末颗粒也更细，层厚更薄，打印质量优于电子束熔化。

*使用电子束熔化技术3D打印的零件（来源：Colibrium Additive）

就打印速度方面比较，电子束熔化比激光粉末床熔融更快。电子束会同时发射大量电子熔化粒子，在整个打印平面上释放能量。而激光则是逐点熔融粒子，耗时更长。对此，激光粉末床熔融的解决方案是使用振镜，即一组可移动的反射镜，来引导激光沿打印平面移动。

激光粉末床熔融的打印速度取决于设备的激光数量和功率，单激光3D打印设备的效率就明显会低于12激光3D打印设备。同时，在估算生产时间时，还必须考虑设备的预热和冷却情况。

*FS811M大型3D打印设备（来源：华曙高科）

需要特别注意的是，电子束熔化只能使用导电金属材料。电子束熔化的基本原理依赖电荷，因此必须使用能让电荷通过的材料，如铬钴、铜、钛、不锈钢、镍合金等。未被电子束熔化的粉末可以重复使用，节省了大量资源。

激光粉末床熔融的兼容材料范围则要广泛得多。最常用的金属包括铝、钛、钢、铜、钴铬合金及其他各类合金。选择激光粉末床熔融，在处理粉末时必须极其小心，并采取必要的防护措施（口罩、手套、护目镜）。粉末颗粒越细，需要采取的预防措施就越多。因此，激光粉末床熔融具有一定的风险性。

*使用激光粉末床熔融技术生产的刀片（来源：Fraunhofer IPT）

打印完成后，两种技术都需要对零件进行清理，将未熔融的多余粉末清除干净。根据零件的形状，除粉过程时间长短不一。随后拆除支撑结构。因真空室和每层的受控预热能够有效减少变形并加固零件，电子束熔化需要拆除的支撑结构相对更少。

采用激光粉末床熔融需要避免支撑结构由高温引起的翘曲，同时在材料冷却时促进散热并减少应力。零件的几何形状不同，支撑结构的数量也会有所不同。这些支撑可以通过机加工切割或电火花线切割去除。

*激光粉末床熔融零件清洗过程（来源：Protolabs）

此外，电子束熔化零件很少需要热处理，而激光粉末床熔融零件需要使用热等静压等技术来消除所有内部空隙和残留孔隙。

两种技术都集中应用在高性能行业，但因独特的加工特性，具体应用领域有所不同。电子束熔化凭借加工难加工材料和制造高强度零件主要应用在航空航天和医疗两个领域。激光粉末床熔融则在模具、医疗、齿科以及涡轮机械领域得到了广泛应用。

*髋关节假体的髋臼杯（来源：AddUp）

值得一提的是，两种技术在医疗领域的应用区别在于是否使用钛和不锈钢等材料。钛是一种生物相容性良好且机械性能出色的材料，适用于植入物等。不锈钢则是生产工具和医疗设备的理想选择。凭借两种技术的生产工艺与密封腔室，能够生产出符合医疗领域标准的无污染风险零件。

*粉末床熔融可应用在牙科修复、颌骨修复、眶假体、体间融合笼、人工髋关节和膝关节修复等。

雷尼绍与Egan Dental Laboratory（口腔技工所）合作采用激光粉末床熔融技术制造可摘局部义齿，又称为钴铬义齿。当大功率掺镱光纤激光光束聚焦到粉末床上，选择性地熔融钴铬合金粉末层，每层层厚仅为40微米，直到制成完整的零件，成功将钴铬合金支架人工制作时间减少了一半，并且制成强度更好、精度更高、体积更薄的钴铬义齿。

*Gill Egan设计的一系列各式可摘局部义齿（来源：雷尼绍）

在国内，广东雷佳增材获激光粉末床熔融新专利，通过优化激光熔融过程与智能化的计算机控制，实现在无支撑的情况下成功制造复杂零件，有望为定制医疗器械注入新的活力。

《口腔观察》新媒体梳理统计数据显示，自2022年至今，连续三年，齿科3D打印赛道获融资额达30.96亿元，其中广东企业占据重要份额。华南地区，特别是广东省，拥有完善的医疗器械产业链和高密度的口腔医疗机构，为口腔3D打印技术的应用提供了良好的基础。

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