金属3D打印件内部的气孔，就像藏在墙体里的空洞，看似微小却可能引发断裂、渗漏等严重问题。无论是航空航天的精密零件，还是医疗植入物，气孔率都是衡量质量的核心指标。其实，多数气孔问题都能通过优化激光功率和扫描路径来解决。本文将从原理到实操，为你详解调试方法，帮你打印出无气孔的高质量金属件。

一、先搞懂：金属打印气孔是怎么来的？

金属 3D 打印（以 SLM 选区激光熔化技术为例）是通过激光逐层熔化金属粉末成型的。当粉末熔化不充分、气体没及时排出，就会形成气孔，主要有三种类型：

•未熔合气孔：激光功率不足，粉末只熔化表层，底层未完全融合，形成边缘不规则的气孔。

•气体滞留气孔：熔化池内的气体（如粉末吸附的水汽、保护气体）没来得及逸出，凝固后形成圆形小气孔。

•飞溅导致气孔：激光功率过高，粉末被剧烈气化飞溅，留下空洞。

这三种气孔中，70% 以上都能通过调整激光功率和扫描路径解决。

二、激光功率调试：找到 “熔化黄金区间”

激光功率是决定粉末熔化效果的核心参数，功率过高或过低都会导致气孔，需精准把控。

（一）功率过低：从 “未熔合” 到 “完全熔化”

如果打印件截面观察到大量边缘粗糙的气孔，多是功率不足导致。调试步骤：

1.测试功率梯度：以钛合金为例，先按厂家推荐功率（如 150W）打印 5mm×5mm 的立方测试件，再依次增加 10W（160W、170W…）打印相同模型。

2.观察气孔变化：通过金相显微镜观察截面，当功率从 150W 提升到 180W 时，未熔合气孔会明显减少；继续提升到 200W 时，气孔基本消失，此时的功率就是 “临界熔化功率”。

3.留有余地：实际打印时，在临界功率基础上增加 5%-10%（如 200W→210W），确保复杂结构处也能充分熔化。

（二）功率过高：避免 “过烧飞溅”

功率过高会让金属粉末瞬间气化，产生飞溅和气泡，调试关键是 “降功率 + 控速度”：

•降低功率密度：功率从 250W 降至 220W，同时将激光扫描速度从 1000mm/s 降至 800mm/s（功率密度 = 功率 / 速度，保持熔化能量稳定）。

•增加层厚：将层厚从 30μm 增至 50μm，减少单位面积的激光能量输入，避免局部过热。

•测试验证：打印带悬垂结构的测试件，若表面飞溅物减少，截面气孔率低于 0.5%，说明功率调整合适。

三、扫描路径优化：让气体 “有处可逃”

即使激光功率合适，不合理的扫描路径也会导致气体滞留。科学的路径设计能引导气体排出，减少气孔。

（一）基础路径：“分区 + 旋转” 减少重叠

•分区扫描：将每一层划分成 10mm×10mm 的小区域，每个区域独立扫描，避免大面积连续熔化导致的气体聚集。

•层间旋转：相邻两层的扫描方向旋转 60° 或 90°（如图 1），减少热应力集中的同时，让熔化池内的气体有更多通道逸出。例如，第一层沿 X 轴扫描，第二层沿 Y 轴，第三层沿 60° 方向，能使气孔率降低 40% 以上。

（二）复杂结构：针对性路径设计

•薄壁结构：采用 “轮廓优先” 路径，先扫描轮廓线（功率提高 10%），再填充内部（功率正常），确保边缘熔化充分，减少因边缘未熔合产生的气孔。

•悬垂结构（＜45°）：悬垂部分采用 “加密扫描”，将扫描线间距从 0.1mm 减至 0.08mm，增加熔化次数，让气体有足够时间排出。

•深孔 / 凹槽：在孔底或槽底采用 “螺旋向外” 的扫描路径，从中心向边缘熔化，引导气体向外侧逸出，避免在底部聚集形成气孔。

（三）扫描速度与间距配合

•速度与功率匹配：功率 180W 时，速度建议 800-1000mm/s，确保每毫米扫描线的能量输入稳定（能量密度 = 功率 / 速度，一般保持 0.15-0.25J/mm）。

•线间距优化：线间距过宽（＞0.12mm）会导致熔化不连续，过窄（＜0.08mm）会过热飞溅。通常线间距设为激光光斑直径的 60%-80%（如光斑 0.1mm，线间距 0.06-0.08mm）。

四、辅助调试技巧：从源头减少气孔

（一）粉末预处理不可少

金属粉末吸附的水汽、油污是气体来源之一：

•真空烘干：打印前将粉末在 80-120℃真空烘干 2-4 小时，钛合金粉末建议 120℃烘干 3 小时。

•筛分粉末：用 100-200 目筛网过滤粉末，去除大颗粒和团聚物，避免因颗粒过大导致的未熔合气孔。

（二）保护气体控制

•纯度与流量：使用 99.99% 的高纯度氩气或氮气，流量控制在 10-20L/min，确保打印舱内氧气含量＜0.1%（氧气过高会导致氧化飞溅，产生气孔）。

•气流方向：让保护气体从激光入射端流向排烟口，形成稳定气流，及时带走熔化产生的烟尘和气体。

五、实战案例：从 “多孔” 到 “无孔” 的调试过程

某企业打印 316L 不锈钢齿轮时，内部气孔率达 5%，通过以下步骤调试后降至 0.3%：

1.功率调试：原功率 200W→提升至 220W，解决未熔合问题。

2.路径优化：采用 5mm×5mm 分区 + 60° 层间旋转，气体逸出通道更顺畅。

3.速度调整：扫描速度从 1200mm/s 降至 1000mm/s，线间距从 0.1mm 减至 0.08mm。

4.粉末处理：100℃真空烘干 3 小时，筛分后使用。

金属打印件的气孔问题，本质是 “激光能量” 与 “材料熔化 - 气体逸出” 节奏的匹配问题。通过梯度测试找到合适的激光功率，结合分区、旋转等扫描路径设计，再配合粉末预处理，就能大幅降低气孔率。记住，每次更换材料（如从钛合金换为不锈钢）或调整层厚，都需要重新测试参数 —— 精准调试，才能打印出无缺陷的金属件。