詳解幾種常見的金屬3D打印技術(shù)

金屬3D打印被認(rèn)為是所有3D打印的頂點(diǎn)。談到強(qiáng)度和耐用性，沒有什么能比得上金屬。最早的金屬3D打印專利是DMLS（直接金屬激光燒結(jié)），由德國(guó)EOS在1990年代獲得。從那時(shí)起，金屬3D打印逐漸發(fā)展出了許多種類的打印工藝?，F(xiàn)在，每臺(tái)金屬3D打印機(jī)通常都會(huì)使用以下四類工藝中的一種：粉末床融合、粘合劑噴射、直接能量沉積和材料擠壓。

△金屬3D打印

金屬粉末床熔化（Metal Powder Bed Fusion）

常用工藝：DMLS（直接金屬激光燒結(jié)）、SLM（選擇性激光熔化）和EBM（電子束熔化）。

描述：使用PBF熔化技術(shù)生產(chǎn)的金屬零件可以減少殘余應(yīng)力和內(nèi)部缺陷，成為航空航天和汽車工業(yè)中苛刻應(yīng)用的理想選擇。

直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）：可用于幾乎任何金屬合金構(gòu)建物體。直接金屬激光燒結(jié)在要打印的表面上散布一層非常薄的金屬粉末。激光緩慢而穩(wěn)定地穿過表面以燒結(jié)這種粉末，金屬內(nèi)部顆粒融合在一起，即使沒有被加熱到完全熔化狀態(tài)。然后施加并燒結(jié)額外的粉末層，從而一次“打印”物體的一個(gè)橫截面。打印完成后，物體會(huì)慢慢冷卻，多余的粉末可以從構(gòu)建室中回收并循環(huán)使用。DMLS的主要優(yōu)點(diǎn)是它生產(chǎn)的物體沒有殘留應(yīng)力和內(nèi)部缺陷，這對(duì)于高應(yīng)力下的金屬部件（例如航空航天或汽車零件）極為重要，而主要缺點(diǎn)是非常昂貴。

選擇性激光熔化（SLM）：使用高功率激光將每一層金屬粉末完全熔化，而不僅僅是燒結(jié)，這樣產(chǎn)生的打印物體非常致密和堅(jiān)固。目前，這項(xiàng)工藝只能用于某些金屬，例如不銹鋼、工具鋼、鈦、鈷鉻合金和鋁。SLM制造過程中出現(xiàn)的高溫梯度也會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力和錯(cuò)位，從而損害物理性能。

電子束熔化（EBM）：與選擇性激光熔化非常相似，能夠生成致密的金屬結(jié)構(gòu)。這兩種技術(shù)的區(qū)別在于EBM使用電子束而不是激光來熔化金屬粉末。目前，電子束熔化只能用于有限數(shù)量的金屬。盡管也可以使用鈷鉻合金，但鈦合金仍是這種工藝的主要原材料。這項(xiàng)技術(shù)主要用于制造航空航天工業(yè)的零件。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：可以高精度制造幾乎任何幾何形狀。使用金屬范圍廣泛，包括最輕的鈦合金和最堅(jiān)固的鎳高溫合金，這些都是傳統(tǒng)制造技術(shù)難以加工的。機(jī)械性能可以比肩鍛造金屬，能夠像傳統(tǒng)制造金屬零件一樣進(jìn)行機(jī)械加工、涂層和處理。

技術(shù)缺點(diǎn)：材料、機(jī)械和操作成本高。零件必須通過支撐結(jié)構(gòu)（以防止翹曲）連接到構(gòu)建板上，這會(huì)產(chǎn)生廢料并需要手動(dòng)后處理移除。構(gòu)建尺寸有限，并且金屬粉末處理具有危險(xiǎn)性，需要嚴(yán)格的過程控制。

△PBF粉末床熔化

金屬粘合劑噴射（Metal Binder Jetting）

常用工藝：MJF（多噴射熔合）、NPJ（納米粒子噴射）

描述：這項(xiàng)技術(shù)使用噴墨將一種粘合劑選擇性滴在平坦的粉末床上。接收液滴的區(qū)域?qū)⒈还袒溆喾勰┍３炙缮?。逐層進(jìn)行以上步驟，直到生成整個(gè)對(duì)象。使用這項(xiàng)工藝可以處理金屬、沙子、陶瓷等材料。由于金屬粘合劑噴射機(jī)在室溫下運(yùn)行，不會(huì)發(fā)生翹曲且不需要支撐。因此，粘合劑噴射機(jī)可以比粉末床融合機(jī)大得多，并且可以堆疊物體，充分利用整個(gè)構(gòu)建室，是小批量生產(chǎn)和按需制造的流行選擇。

技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：可以大體積打印，零件不需要連接到構(gòu)建板上，因此可以嵌套以利用所有可用的構(gòu)建體積。對(duì)幾何體限制較少，通常不需要支撐。不會(huì)發(fā)生翹曲，因此可以制作更大的零件。打印速度非?？欤确勰┐踩廴诮饘俅蛴〕杀靖?。

技術(shù)缺點(diǎn)：部件在打印后必須經(jīng)過耗時(shí)的脫脂和爐燒結(jié)過程，機(jī)器和材料成本高?？紫堵矢哂诜勰┐踩酆希虼藱C(jī)械性能不那么好，且可選材料較少。