CN117047130A - 一种先预热后保温的金属3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种先预热后保温的金属3D打印方法，属于3D打印技术领域，其包括以下步骤：第一激光束经过准直后射入合束镜，第二激光束经过准直后穿过角度调节模块并通过角度调节模块将其调整为长条形光束，调整后的第二激光束射入合束镜；合束后通过聚焦和反射投影至打印工作面上并形成圆形光斑和长条形光斑；打印过程中，通过旋转角度调节模块使得长条形光斑的长轴始终与扫描文件的扫描方向保持一致，先用预热区域对金属粉末进行预热，再用打印熔融区域融化金属粉末，最后用保温区域对金属粉进行保温，完成金属粉末的烧结打印。本发明能避免液态金属熔池喷射出蒸汽羽流和飞溅物的现象，减缓液态金属降温速度，提高零件的打印质量。

Description

一种先预热后保温的金属3D打印方法

技术领域

本发明属于3D打印机技术领域，尤其涉及一种先预热后保温的金属3D打印方法。

背景技术

3D打印中SLA、SLS、SLM采用的方式是以振镜反射单束激光，在二维工作平面上进行图像扫描打印。相较于传统减材制造技术而言，3D打印技术是一种先进的快速制造零件的增材制造技术，而金属3D打印（SLM）是利用金属粉末在激光束热作用下熔化经冷却凝结并组层堆积的制造零件。

使用金属粉做3D打印，金属粉被激光的快速加热融化过程中，会产生融化的液态金属飞溅物，在飞溅途中固化，落在打印零件的表面，使得打印零件表面粗糙、内部出现缺陷。产生液体飞溅的原因如图1所示，金属3D打印使用激光将金属粉末在极短的时间内，由常温加热到金属熔点，将其熔化为液态，激光光点扫描过后，液态金属凝固，便成为了打印完成的金属零件。以最常用的316L不锈钢材料为例，其比热为0.502J/g.℃，其溶解热为33.6J/g，熔点约为1400℃，激光光点将不锈钢粉末材料由常温（如20℃）加热至熔点并且熔化为液态，以1g金属粉末使用的能量为例，将粉末由常温加热到熔点需要692.76J，将粉末由固态熔化为液态则需要33.6J能量，激光在3D金属打印中，用于加热金属粉末的能量占比找过95%，由此可见金属3D打印，能量消耗最大的部分是用于将金属粉末加热。飞溅颗粒的产生主要来源于金属粉末熔化为液体的过程，以典型的3D金属打印的参数为例，每个光点完成3D金属打印烧结的时间约为100us，根据上述计算分析，其中超过95us的时间用于激光将金属粉末加热到熔点，剩余不超过5us的时间用于将金属粉末熔化为液体。在加热金属粉末的95us时间中，金属粉末为固体颗粒，因此不会出现飞溅物的情况，只有最后5us金属熔化为液体时，由于熔化所用的时间过于短暂，出现了剧烈的熔化液化过程，因此液体金属反应剧烈，在整个金属3D打印中，固体材料熔化时间占比仅为5%左右，因此，在此过程中会喷射出蒸汽羽流和飞溅物，严重影响打印质量。

为了防止飞溅的颗粒对打印零件质量造成影响，通常在金属3D打印中会添加水平风场，使用风将飞溅颗粒吹走，但是风场吹走颗粒受到许多条件制约：风场风速太小，飞溅颗粒无法被风带走；风场风速太大，容易将打印工作面铺好的金属粉给吹走；如打印工作腔太大，风场容易成为紊流，加之飞溅颗粒需要被吹动的距离边长，无论设置何种参数，均无法将飞溅颗粒从工作腔全部吹走。

为了改善金属3D零件打印的颗粒飞溅，另一种方式是给打印工作底板加热，使其工作温度达到200~500℃，以减小加热金属粉到熔点所需的能量，从而降低激光束加热金属粉到熔点的时间占比，提高光点熔化金属粉为液态的时间占比，进而减小颗粒飞溅的情况。该方法会对设备造成影响，工作底板的温度会传递到设备工作腔的其余部分，引起工作腔热胀冷缩，使得打印尺寸出现变化和漂移。并且由于工作腔的构成不规则，打印尺寸的变化也不规则，严重影响打印质量。

另外，当激光离开融化后的金属粉末时，液态金属粉末迅速冷却，冷却过程中温度梯度较大，也会影响打印质量；此外，金属3D打印对于打印激光的要求比较高，需要激光光束为纯单模输出，光束质量M2小于1.1，光束质量高的激光器，激光功率通常不高，无法进一步用于提高打印效率。

专利CN114643369A中给出了一种可以通过双激光来提供辅助光斑实现预加热或者保温的方式，但是该方案的光斑只能实现单一作用，即要么解决金属粉末融化时造成的颗粒飞溅的问题，要么解决液态金属粉末迅速冷却时因温度梯度过大对打印质量造成影响的问题，无法同时解决上述两个技术问题，对于打印质量提高作用具有局限性。

发明内容

本发明提供了一种先预热后保温的金属3D打印方法，以解决现有金属3D打印过程中液态金属飞溅物造成打印零件表面粗糙、内部出现缺陷的问题，同时解决液态金属冷却固化时温度梯度较大影响打印质量、金属3D打印对打印激光光束质量要求高、因激光功率低而无法提高打印效率等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及一种先预热后保温的金属3D打印方法，其包括以下步骤：

步骤S1、启动打印设备，第一激光器和第二激光器同时开启，第一激光器射出的第一激光束经过准直后射入合束镜；第二激光器射出的第二激光束经过准直后穿过角度调节模块，通过角度调节模块将第二激光束调整为长条形光束，调整后的第二激光束射入合束镜；第一激光束和第二激光束合束后，通过聚焦和反射投影至打印工作面上并形成圆形光斑和长条形光斑，圆形光斑位于长条形光斑内，长条形光斑位于圆形光斑扫描方向的前方区域为预热区域，长条形光斑位于圆形光斑扫描方向的后方区域为保温区域，圆形光斑所在的区域为打印熔融区域；

步骤S2、打印设备按照打印文件的扫描路径移动扫描，通过旋转角度调节模块使得长条形光斑的长轴始终与扫描文件的扫描方向保持一致，先用预热区域对金属粉末进行预热，再用打印熔融区域融化金属粉末，最后用保温区域对融化的金属粉末进行保温，完成金属粉末的烧结打印。

优选地，所述的角度调节模块包括旋转环，旋转环配有电机，旋转环内设有鲍威尔棱镜或柱面镜；所述的鲍威尔棱镜或柱面镜用于将第二激光束调整为长条形光束；所述的旋转环用于调整长条形光束的长轴方向，使得扫描过程中投影至打印工作面上的长条形光斑的长轴方向始终与扫描文件的扫描方向保持一致。

优选地，所述的鲍威尔棱镜或柱面镜偏心安装于旋转环内，使得长条形光斑的长轴方向的光能量从扫描方向的前端至后端逐渐减小，进而使得预热区域的光能量大于保温区域的光能量。

优选地，所述的步骤S2中，扫描初始阶段，长条形光斑的长轴方向与X轴正方向相同，对于扫描路径中的任意一条扫描向量，计算旋转环的旋转角度并生成角度调节模块的旋转角度文件，电机依据角度调节模块的旋转角度文件对角度调节模块进行实时调节打印，使得扫描过程中投影至打印工作面上的长条形光斑的长轴方向始终与扫描文件的扫描方向保持一致，所述的旋转角度的计算公式为：

，

公式中，a1和b1分别表示任意一条扫描向量的起始点的横坐标和纵坐标，a2和b2分别表示任意一条扫描向量的终点的横坐标和纵坐标，β为相对于角度调节模块的初始状态，角度调节模块的调整角度。

优选地，所述的长条形光斑的长宽均大于圆形光斑的直径，长条形光斑宽度不小于圆形光斑直径的2倍，长度大于圆形光斑的4倍以上。

优选地，所述的圆形光斑的圆心与长条形光斑的长轴的中心重合。

优选地，所述的第一激光束和第二激光束的功率分别为：

，

，

公式中，P1为第一激光束的功率，P2为第二激光束的功率，D1为第一激光束形成的扫描光斑的直径，D2为第二激光束短边的长度，h为金属粉末熔融深度，ρ为金属粉末的密度，c为金属粉末的比热，v为扫描速度，t为金属粉末熔点温度，t0为金属粉末当前温度，J为金属粉末熔解热，n为金属对激光的吸收率。

优选地，所述的步骤S1中，合束后的第一激光束和第二激光束依次通过成像透镜聚焦和振镜反射投影至打印工作面上。

优选地，所述的步骤S1中，合束后的第一激光束和第二激光束依次通过振镜反射和场镜聚焦投影至打印工作面上。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.本发明涉及的先预热后保温的金属3D打印方法通过角度调节模块将第二激光束调整为长条形光束，第一激光束和第二激光束经过合束、聚焦和反射后投影至打印工作面上并形成圆形光斑和长条形光斑，扫描时，先用长条形光斑位于圆形光斑扫描方向的前方区域对金属粉末进行预热，再用第一激光束融化金属粉末，最后用长条形光斑位于圆形光斑扫描方向的后方区域给融化的金属保温，同时实现对金属熔融区域的预热和保温，对金属粉末进行预热增加了金属粉末熔化的时间，避免出现剧烈熔化液化过程，避免液态金属熔池喷射出蒸汽羽流和飞溅物的现象，提高打印零件表面的打印质量；对熔融后的熔池进行保温可延长液态金属的凝固时间，减少熔池的温度梯度，从而提高零件熔融固化后的质量。

2.本发明涉及的先预热后保温的金属3D打印方法所使用的角度调节模块包括旋转环和设置于旋转环内的鲍威尔棱镜或柱面镜，鲍威尔棱镜或柱面镜偏心安装于旋转环内，使得长条形光斑的长轴方向的光能量从扫描方向的前端至后端逐渐减小，进而使得预热区域的光能量大于保温区域的光能量，实现同时能满足预热与保温的激光束，在实际工程应用中简单便利，容易实现。

3.本发明涉及的双激光单振镜金属3D打印方法先采用长条形光斑位于圆形光斑扫描方向的前方区域对金属粉末进行预热，将金属粉末加热到接近熔点，再用第一激光束融化金属粉末进行烧结打印，第二激光束仅仅用于加热金属粉末温度，并不改变金属粉末的状态，因此对其光束质量并无要求，可以使用便宜的多模激光器，用于熔化金属进行精确打印的第一激光束的功率要求会大为降低；因此，本发明涉及的方法对激光束的要求降低，整套系统的成本更低。

4.本发明涉及的双激光单振镜金属3D打印方法由于对激光束质量无要求，采用的第一激光束和第二激光束可以选择波长不同的激光器进行自由组合使用，因此可以选择吸收率高、反射率低的激光束，避免反射的激光束烧坏激光器。

附图说明

图1是现有金属3D打印产生飞溅物的原理图；

图2是实施例1涉及的先预热后保温的金属3D打印设备结构图；

图3是采用鲍威尔棱镜的角度调节模块的径向剖面图；

图4是采用柱面镜的角度调节模块的径向剖面图；

图5是第二激光束的光路图；

图6是第一激光束和第二激光束投影至打印工作面时的状态图；

图7是圆形光斑和长条形光斑的位置关系图；

图8是预热区域、打印熔融区域和保温区域分布图；

图9是第二激光束经过偏心设置的鲍威尔棱镜后的光能量分布图；

图10是第二激光束经过偏心设置的鲍威尔棱镜前后光能量分布变化图；

图11是某偏心量下第二激光束经过鲍威尔棱镜后的光能量分布图；

图12是另一种偏心量下第二激光束经过鲍威尔棱镜后的光能量分布图；

图13是两个圆形光斑及长条形光斑沿着扫描路径的运动轨迹图；

图14是扫描路径中扫描任意一条扫描向量时长条形光斑长轴的方向示意图；

图15是角度调节模块旋转示意图；

图16是角度调节模块旋转时长条形光斑的长轴方向变化示意图；

图17是实施例2涉及的先预热后保温的金属3D打印设备结构图。

附图标记：1-第一激光束，2-第二激光束，3-角度调节模块，31-旋转环，32-鲍威尔棱镜，33-柱面镜，4-合束镜，5-振镜，6-成像透镜，7-场镜，8-打印工作面，9-预热区域，10-打印熔融区域，11-保温区域，12-准直透镜。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本发明涉及一种先预热后保温的金属3D打印方法基于如图2所示的3D打印设备，该打印设备包括用于发射第一激光束1的第一激光器、用于发射第二激光束2的第二激光器、角度调节模块3、合束镜4、成像透镜6、振镜5和打印工作面8，其中第一激光器和第二激光器呈90度夹角设置，合束镜4与第一激光器的夹角、合束镜4与第二激光器的夹角均为45度，角度调节模块3设置与第二激光器和合束镜4之间；成像透镜6设置在合束镜4的后方，用于对第一激光束1和第二激光束2进行聚焦；振镜5设置于成像透镜6的后方，用于反射第一激光束1和第二激光束2；所述的打印工作面8用于铺设金属粉末，并通过第一激光束1和第二激光束2进行烧结打印。所述的角度调节模块3包括旋转环31，旋转环31配有电机，旋转环31内设有鲍威尔棱镜32，如图3所示，亦或者旋转环31内设有柱面镜33，如图4所示；鲍威尔棱镜32或柱面镜33用于将第二激光束调整为长条形光束，旋转环31用于调整长条形光束的长轴方向。

先预热后保温的金属3D打印方法包括以下步骤：

步骤S1、启动打印设备，第一激光器和第二激光器同时开启，第一激光器射出的第一激光束1经过准直透镜准直后射入合束镜4，如图2所示；第二激光器射出的第二激光束2经过准直透镜12准直后穿过角度调节模块，通过角度调节模块3将第二激光束2调整为长条形光束，调整后的第二激光束2射入合束镜4，如图2和5所示；第一激光束1和第二激光束2合束后，通过成像透镜6聚焦和振镜7反射后，投影至打印工作面8上并形成一个圆形光斑和一个长条形光斑，长条形光斑的长宽均大于圆形光斑的直径，长条形光斑宽度不小于圆形光斑直径的2倍，长度大于圆形光斑的4倍以上，圆形光斑位于长条形光斑内，且圆形光斑的圆心与长条形光斑的长轴的中心重合，如图6和7所示；长条形光斑位于圆形光斑扫描方向的前方区域为预热区域9，长条形光斑位于圆形光斑扫描方向的后方区域为保温区域11，圆形光斑所在的区域为打印熔融区域10，如图8所示。预热区域9需要对金属粉末进行加热升温，保温区域11只是为了保证液态金属降温的速度不要太快，两者对金属粉末温度变化的影响不同，意味着这两个区域的激光能量也需要不同，因此，鲍威尔棱镜32或柱面镜33偏心安装于旋转环内，鲍威尔棱镜的端面通常为非球柱面镜，高斯分布的激光束入射到该端面，能量会被非球柱面镜通过折射将其均匀的分布在各个角度，高斯光束中心能量高周边能将逐步降低，将高斯光束与鲍威尔棱镜偏心放置，如图9所示，能量密度更高的中心光束会被偏折向其中一边，导致经过鲍威尔棱镜折射后的光束能量分布不再均匀，而是偏向一边。因此通过将入射激光束与鲍威尔棱镜偏心放置，可以实现光束能量倾斜分布的效果，激光束与鲍威尔棱镜的偏心值越高，出射激光的能量分布倾斜程序越高。使用光学软件模拟高斯光束偏心通过鲍威尔棱镜的仿真图如图10所示，仿真结果满足上述分析结论。因此，偏心设置的鲍威尔棱镜32或柱面镜33可以使得预热区域9的光能量大于保温区域11的光能量，如图11和12所示，偏心的角度不同，第二激光束2经过偏心设置的鲍威尔棱镜32或柱面镜33后，能量分布也不相同，在实际应用中，可以根据希望实现的预热区域9的升温速度和保温区域11的降温速度设计相应的激光能量分布曲线，再由光学软件模拟放置鲍威尔棱镜32或柱面镜33需要偏心的角度，以上需求根据实际的打印工艺及打印材料不同，需求也会不同，因此本实施例只给出激光能量分布不均匀的实现方式，不做具体数值举例。

上述第一激光束和第二激光束的功率分别为：

，

，

公式中，P1为第一激光束的功率，P2为第二激光束的功率，D1为第一激光束形成的扫描光斑的直径，D2为第二激光束短边的长度，h为金属粉末熔融深度，ρ为金属粉末的密度，c为金属粉末的比热，v为扫描速度，t为金属粉末熔点温度，t0为金属粉末当前温度，J为金属粉末熔解热，n为金属对激光的吸收率。

步骤S2、打印设备按照打印文件的扫描路径移动扫描，如图13所示，扫描初始阶段，长条形光斑的长轴方向与X轴正方向相同，对于扫描路径中的任意一条扫描向量，计算旋转环的旋转角度并生成角度调节模块的旋转角度文件，如图14所示，旋转角度的计算公式为：

，

公式中，a1和b1分别表示任意一条扫描向量的起始点的横坐标和纵坐标，a2和b2分别表示任意一条扫描向量的终点的横坐标和纵坐标，β为相对于角度调节模块的初始状态，角度调节模块的调整角度，将计算结果减去上扫描一个扫描区域时角度调节模块已经旋转的角度，即为此次需要调整的角度；

电机依据角度调节模块的旋转角度文件对角度调节模块3进行实时调节，如图15所示，进而调整长条形光斑的长轴方向，如图16所示，使得长条形光斑的长轴始终与扫描文件的扫描方向保持一致，进而保证扫描过程中，先用预热区域对金属粉末进行预热，预热过程中，将金属粉末加热至接近熔点的温度，再用打印熔融区域融化金属粉末，最后用保温区域对熔融状态的金属粉末进行保温以减缓降温速度，完成金属粉末的烧结打印，如图8所示。

本实施例涉及的双激光单振镜金属3D打印方法的工作原理为：

1、极大降低甚至消除金属3D打印中飞溅颗粒：以常规的金属3D打印参数为例，烧结的激光光斑直径为100um，打印扫描速度为1m/s，以316L金属粉末额为例，传统单激光光斑用于加热金属粉末的时间为95us，用于熔化金属的时间为5us；本方案双激光打印，第二激光束2加热金属粉末的时间超过200us，第一激光束1熔化金属粉末的时间为100us，熔化金属的时间变大了20倍，可以极大的缓解熔化所用的时间过于短暂的问题，进而避免出现剧烈的熔化液化过程，避免导致液态金属熔池喷射出蒸汽羽流和飞溅物；熔化后的金属冷却凝固的规程中，通过长条形光斑位于圆形光斑扫描方向的后方的保温区域对其进行保温，延长液态金属凝固时间，减少熔池的温度梯度，从而提高零件熔融固化后的质量。

2、对激光束质量要求降低：传统的金属3D金属打印对激光器光束质量要求非常高，通常要求光束质量M2不超过1.1，对于各类激光器，功率越高，光束质量越不容易做好；本发明中大部分的激光能量是用于加热金属粉末，因此用于熔化金属进行精确打印的第一激光束的功率要求会大为降低；用于加热金属粉末的第二激光束由于其仅仅用于加热金属粉末温度，并不改变金属粉末的状态，因此对其光束质量并无要求，可以使用便宜的多模激光器。根据目前市场实际价格，纯单模高光束质量的激光器，价格是同功率多模激光器的数倍，因此本发明涉及的方案除了能提高金属3D打印工艺，在整套系统成本上也并未提高。

3、降低金属打印的反射率，提高激光器的使用寿命：金属打印中，部分金属粉末的反射率过高，大量的激光能量被反射，有效的激光能量比例太小，如使用1080nm红外光纤激光器烧结铜粉末材料，其反射率超过95%，使用红外光纤激光器烧结需要很大的激光功率，大功率的激光，加之反射率高，反射光能量也很高，很容易将光纤激光器烧坏，因此打印诸如铜之类的反射率高，熔点高的金属粉末，一直是金属3D打印的难题；而本发明中，第一激光束1和第二激光束2可以使用不同波长的激光器，如第二激光束2使用405nm激光器，对于铜材料，其吸收率为65%，是红外激光器的13倍，因此可以使用405nm激光器对打印的铜粉末材料进行预热，然后使用较低的红外金属材料进行烧结打印，解决金属打印过程中反射率高导致的激光器寿命不长的难题。实际上该组合对于铝、金、银等材料均可以实现打印工艺上的突破，405nm激光对于铝、金、银的吸收率为红外激光的3、66、17倍。大功率405nm激光器通常为多模半导体激光器，其光束质量不足以用来直接打印高精度的金属零件。在本方案中，用来加热粉末材料则可以大为放宽对激光器光束质量的要求。此方式同样的适用于355nm、405nm、532nm、1080nm、10.6um等各种不同波长的激光器进行自由组合使用。

4、激光器的选择性更强，降低激光器的制造工艺难度：对于多通道3D打印的应用，如申请公布号为CN113579468A的中国专利申请中提到了使用多通道并行扫描的方式进行3D打印，单个通道打印所需的功率为200~500W，以20通道为例，则需要4000~10000W，为了保证打印质量，激光器得是单模输出激光器；对于如此大功率的单模激光器，在制造工艺上难度非常大，实际上目前纯单模激光器的最大功率也仅为2000W。因此对于多通道3D金属打印，高光束质量的激光功率太低，限制了该方案在金属3D打印领域内的应用。如使用本发明涉及的方案，以316L不锈钢粉末为例，其用于熔化金属的能量仅占5%，因此我们可以使用10000W以上的多模激光器，对金属粉末进行预热，可使用1000~2000W的激光束进行20通道以上的分光调制，用来进行金属熔融打印。

优选地，所述的步骤S1中，合束后的第一激光束和第二激光束依次通过振镜反射和场镜聚焦投影至打印工作面上。

实施例2

本发明涉及一种先预热后保温的金属3D打印方法基于如图17所示的3D打印设备，该打印设备包括用于发射第一激光束1的第一激光器、用于发射第二激光束2的第二激光器、角度调节模块3、合束镜4、振镜5、场镜7和打印工作面8，其中第一激光器和第二激光器呈90度夹角设置，合束镜4与第一激光器的夹角、合束镜4与第二激光器的夹角均为45度，角度调节模块3设置与第二激光器和合束镜4之间；振镜5设置于合束镜4的后方，用于反射第一激光束1和第二激光束2，场镜7设置在振镜5后方，用于对第一激光束1和第二激光束2进行聚焦；所述的打印工作面8用于铺设金属粉末，并通过第一激光束1和第二激光束2进行烧结打印。所述的角度调节模块3包括旋转环31，旋转环31配有电机，旋转环31内设有鲍威尔棱镜32，如图3所示，亦或者旋转环31内设有柱面镜33，如图4所示；鲍威尔棱镜32或柱面镜33用于将第二激光束调整为长条形光束，旋转环31用于调整长条形光束的长轴方向。

采用本实施例涉及的设备进行的先预热后保温的金属3D打印方法与实施例1相比，仅步骤S1稍有不同，不同之处在于：步骤S1中，合束后的第一激光束1和第二激光束2依次通过振镜5的反射和场镜6的聚焦后投影至打印工作面8上，进而形成一个圆形光斑和一个长条形光斑。本实施例的其余步骤以及工作原理均与实施例1相同，本实施例不再阐述。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种先预热后保温的金属3D打印方法，其特征在于：其包括以下步骤：

步骤S1、启动打印设备，第一激光器和第二激光器同时开启，第一激光器射出的第一激光束经过准直后射入合束镜；第二激光器射出的第二激光束经过准直后穿过角度调节模块，通过角度调节模块将第二激光束调整为长条形光束，调整后的第二激光束射入合束镜；第一激光束和第二激光束合束后，通过聚焦和反射投影至打印工作面上并形成圆形光斑和长条形光斑，圆形光斑位于长条形光斑内，长条形光斑位于圆形光斑扫描方向的前方区域为预热区域，长条形光斑位于圆形光斑扫描方向的后方区域为保温区域，圆形光斑所在的区域为打印熔融区域；

步骤S2、打印设备按照打印文件的扫描路径移动扫描，通过旋转角度调节模块使得长条形光斑的长轴始终与扫描文件的扫描方向保持一致，先用预热区域对金属粉末进行预热，再用打印熔融区域融化金属粉末，最后用保温区域对融化的金属粉末进行保温，完成金属粉末的烧结打印。

2.根据权利要求1所述的先预热后保温的金属3D打印方法，其特征在于：所述的角度调节模块包括旋转环，旋转环配有电机，旋转环内设有鲍威尔棱镜或柱面镜；所述的鲍威尔棱镜或柱面镜用于将第二激光束调整为长条形光束；所述的旋转环用于调整长条形光束的长轴方向，使得扫描过程中投影至打印工作面上的长条形光斑的长轴方向始终与扫描文件的扫描方向保持一致。

3.根据权利要求2所述的先预热后保温的金属3D打印方法，其特征在于：所述的鲍威尔棱镜或柱面镜偏心安装于旋转环内，使得长条形光斑的长轴方向的光能量从扫描方向的前端至后端逐渐减小，进而使得预热区域的光能量大于保温区域的光能量。

4.根据权利要求2所述的先预热后保温的金属3D打印方法，其特征在于：所述的步骤S2中，扫描初始阶段，长条形光斑的长轴方向与X轴正方向相同，对于扫描路径中的任意一条扫描向量，计算旋转环的旋转角度并生成角度调节模块的旋转角度文件，电机依据角度调节模块的旋转角度文件对角度调节模块进行实时调节打印，使得扫描过程中投影至打印工作面上的长条形光斑的长轴方向始终与扫描文件的扫描方向保持一致，所述的旋转角度的计算公式为：

，

公式中，a1和b1分别表示任意一条扫描向量的起始点的横坐标和纵坐标，a2和b2分别表示任意一条扫描向量的终点的横坐标和纵坐标，β为相对于角度调节模块的初始状态，角度调节模块的调整角度。

5.根据权利要求1所述的先预热后保温的金属3D打印方法，其特征在于：所述的长条形光斑的长宽均大于圆形光斑的直径，长条形光斑宽度不小于圆形光斑直径的2倍，长度大于圆形光斑的4倍以上。

6.根据权利要求1所述的先预热后保温的金属3D打印方法，其特征在于：所述的圆形光斑的圆心与长条形光斑的长轴的中心重合。

7.根据权利要求1所述的先预热后保温的金属3D打印方法，其特征在于：所述的第一激光束和第二激光束的功率分别为：

，

，

公式中，P1为第一激光束的功率，P2为第二激光束的功率，D1为第一激光束形成的扫描光斑的直径，D2为第二激光束短边的长度，h为金属粉末熔融深度，ρ为金属粉末的密度，c为金属粉末的比热，v为扫描速度，t为金属粉末熔点温度，t0为金属粉末当前温度，J为金属粉末熔解热，n为金属对激光的吸收率。

8.根据权利要求1所述的先预热后保温的金属3D打印方法，其特征在于：所述的步骤S1中，合束后的第一激光束和第二激光束依次通过成像透镜聚焦和振镜反射投影至打印工作面上。

9.根据权利要求1所述的先预热后保温的金属3D打印方法，其特征在于：所述的步骤S1中，合束后的第一激光束和第二激光束依次通过振镜反射和场镜聚焦投影至打印工作面上。