溫故而知新，詳解幾種常見的金屬3D打印技術(2)
時間：2021-08-14 10:12 來源：材料基 作者：admin 閱讀：次
直接能量沉積（Direct Energy Deposition）
常用工藝：DED（直接金屬沉積）、WAAM（電弧增材制造）、LMD（激光材料沉積）
描述：這種方法通過擠壓金屬，無論是金屬粉末還是金屬絲，然后立即受到高能量的撞擊（可以通過等離子弧、激光或電子束實現(xiàn)熔化）。能量熔化金屬，熔池立即下降到3D空間，通過機械臂進行位置操作。它與焊接非常相似，因此主要應用之一是修復現(xiàn)有金屬零件并增加零件的功能性。
技術優(yōu)點：金屬絲是最實惠的金屬3D打印材料形式，有些機器甚至可以使用兩種不同的金屬粉末來制造合金和材料梯度。5軸和6軸運動可以在不使用支撐材料的情況下生產(chǎn)模型。可以修復損壞的金屬部件并添加新組件。構(gòu)建體積大，材料使用高效，零件密度高，機械性能好，打印速度快。
技術缺點：零件表面質(zhì)量較差，通常需要機加工和精加工，小細節(jié)很難或不可能實現(xiàn)。機械和操作成本高。
△激光金屬沉積(LMD)
金屬材料擠壓（Metal Material Extrusion）
常用工藝：FDM（熔融沉積建模）/FFF（熔絲制造）
描述：這項技術專為使廉價金屬3D打印而創(chuàng)建，可用于中小型企業(yè)。設計工作室、機械車間和小型制造商使用金屬材料擠壓機來迭代設計、創(chuàng)建夾具和固定裝置，并完成小批量生產(chǎn)。領域的最新發(fā)展是金屬絲，可在大多數(shù)桌面FDM3D打印機中使用，使幾乎每個人都可以使用金屬3D打印。金屬材料擠壓的工作原理：
1) 聚合物細絲或浸有金屬小顆粒的線材按照設計形狀逐層3D打印。
2) 清洗3D打印部件，去除一些粘合劑。
3) 將零件放入燒結(jié)爐中，金屬顆粒熔化成固體金屬。
技術優(yōu)點：實惠、操作簡單安全。
技術缺點：零件必須經(jīng)過與粘合劑噴射零件相同的脫脂和燒結(jié)過程。需要對幾何形狀和支撐進行更多限制以防止翹曲，且零件具有高孔隙率，無法達到鍛造金屬相同的機械性能。零件不像使用PBF或DED那樣致密，而且爐內(nèi)收縮不太準確。
△MarkforgedMetal X 3D打印機的樣品零件 [圖片來源：Markforged]
其他金屬3D打印工藝
焦耳打印（Joule Printing）：Digital Alloys的焦耳打印看起來很像DED，但金屬絲是利用電流熔化，而不是用電弧或光束加熱。這使得打印速度更快，目前已經(jīng)證明每小時可打印多達2公斤的鈦。
液態(tài)金屬增材制造（Liquid Metal AdditiveManufacturing）：Vader Systems 創(chuàng)建了液態(tài)金屬增材制造技術，將1200°C的液態(tài)金屬液滴以類似于噴墨打印機的方式沉積。
電化學沉積（Electrochemical Deposition）：Exaddon的CERES納米級金屬3D打印機，可以使用電化學沉積制造比人類頭發(fā)寬度還小的金屬物體。
DLP金屬打印（DLP metalprinting）：ADMATEC和Prodways提供金屬DLP打印。類似于金屬材料擠出，金屬粉末與光聚合物樹脂混合，3D打印部件必須經(jīng)過相同的脫脂和燒結(jié)過程，就像金屬材料擠壓方法一樣。
冷噴涂金屬打印（Cold Spray Metal Printing）：冷噴涂金屬打印最初被美國宇航局用于太空中建造金屬物體。主要特點是快（每小時6公斤的鋁或銅），缺點是不是那么準確。澳大利亞公司Titomic和SPEE3D是這項技術的領跑者。
超聲波固結(jié)（UAM）：使用聲音將薄薄的金屬箔層粘合在一起，在粘合下一層箔之前加工掉每一層的多余部分，因此它是增材制造和減材制造的結(jié)合。Fabrisonic的 SonicLayer 3D 打印機系列使用了這項技術。
激光工程凈成型（LENS）：是一種基于激光的方法，需要一個非常可控的環(huán)境。這種工藝需要一個密封室，通常使用氬氣清除氧氣，使氧化水平盡可能低。LENS激光器的功率范圍從500W到4kW。可用于加工鈦、不銹鋼和鉻鎳鐵合金。盡管維護無氧室存在困難，但LENS為用戶提供了更好的精確度和控制。
電子束自由形式制造（EBF3）：最初由NASA開發(fā)，是一種主要用于航空航天工業(yè)的方法。這種方法可以在不浪費任何材料的情況下制作出復雜幾何形狀，并且能夠創(chuàng)造出輕量級形狀以促進燃料節(jié)約。
△DigitalAlloys的焦耳3D打印工藝。圖片來源：Digital Alloys
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