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金屬3D打印零件案例

發(fā)布時間：2022-07-19 14:59:27瀏覽：7040點贊：

導讀：幾年前

，用金屬進行3D打印還只是用于工業(yè)。現(xiàn)在這一切都變了，金屬3D打印可以在桌面FDM 3D打印機和更多的專業(yè)機器上實現(xiàn)

，不但可以生產(chǎn)高質(zhì)量的零件，而且價格也更容易接受

。本文讓我們來看看3D打印金屬零件的所有技術

，以及你該選擇用那種技術打印金屬零件

。

金屬3D打印零件案例

目前

，市面上大約有10種方法可以3D打印金屬零件

。這些方法根據(jù)所使用的原材料形態(tài)以及能量源進行粗略的劃分

，比如材料是金屬絲

、金屬粉末還是金屬線材

。有些甚至還使用金屬樹脂

、金屬棒和金屬顆粒作為原材料

，每種方法都能制造出具有不同屬性的部件。

選擇使用哪種金屬技術需要考慮零件細節(jié)

、形狀

、尺寸、強度

、金屬類型

、成本、打印速度和數(shù)量等方面的因素

。如果從這些方面進行分析

，每項技術都有優(yōu)點和缺點，不幸的是

，沒有一種方法能快速

、廉價、完美地3D打印出超強的零件

，所以要根據(jù)應用需求來選擇到底使用哪種技術

。

讓我們來看一些金屬零件的例子。

這些髖關節(jié)和膝關節(jié)植入物樣本（上圖）是使用電子束熔化（EBM）打印的

。它們結(jié)構(gòu)錯綜復雜

，使用昂貴的鈦制成，并按照極高的材料質(zhì)量和公差制造

，以滿足醫(yī)療植入物標準

。EBM 3D打印機的真空環(huán)境確保了清潔和可控的打印條件，而高功率的電子束使打印機能夠在每次構(gòu)建中生產(chǎn)多個零件

，以實現(xiàn)高生產(chǎn)率

。

上面這個巨大的起重機吊鉤是用電弧增材制造（WAAM）打印的，然后進行后期加工

。像這樣一個巨大和沉重的零件非常適合使用WAAM

，因為這項技術比任何傳統(tǒng)的金屬制造方法（如鍛造或鑄造）更快，而且同樣堅固

。此外

，這種零件可以在離需求點較近的工廠中生產(chǎn)，甚至可以在現(xiàn)場生產(chǎn)

，例如在石油鉆井平臺上

。

Cobra Golf上面的這些高爾夫球桿是使用惠普的金屬粘合劑噴射技術3D打印的。這種獨特的形狀是其他任何制造技術都無法做到的

。由于需要成千上萬個相同的零件

，制造商選擇了粘合劑噴射技術，因為它的速度快

、產(chǎn)量高

。同時

，這項技術還能打印出色的表面光潔度。Cobra Golf將球桿制造轉(zhuǎn)交給一家美國本地的增材制造商

，無需從亞洲的制造中心制造和發(fā)貨

。

3D打印金屬的10種最佳方法

該如何選擇適合自己的金屬3D打印技術？

正如你在上圖中所看到的

，并非所有的金屬3D打印技術特征都是以相同的方式測量的

，特別是在涉及到構(gòu)建速度時。一些技術通過沉積材料的重量來記錄構(gòu)建速度

，而其他技術則以材料的成型體積來衡量

。這些速度也受到被打印部件的形狀的影響。此外

，一項技術中的每臺3D打印機都不可能達到相同的速度

。

10種金屬3D打印技術簡介

1. FDM與擠出成型

有幾種3D打印技術屬于擠出技術。一種是我們熟悉的熔融沉積成型（FDM）

，它使用由塑料基底制成的長絲

，其中均勻地注入了金屬顆粒。打印金屬部件的金屬長絲必須含有高比例的金屬粉末（約80%）

，并需要經(jīng)過脫脂

、燒結(jié)等后處理，以去除塑料成分得到金屬部件

。市場上的一些桌面FDM 3D打印機可以用金屬絲打印

，這些金屬絲有不銹鋼（316L，17-4 PH）

、銅和鈦

。

另一項技術使用的是具有更高濃度的金屬長絲。以至于它實際上是一根堅固的金屬棒

，但仍然可以被加熱和擠出

。這些材料通常是某一特定3D打印機所獨有的，如Markforged或Desktop Metal

，其成本比普通FDM高

，但比其他金屬3D打印方法低。

2.使用激光的金屬粉末床熔融——選擇性激光熔化(SLM)

使用高功率激光器選擇性地熔化金屬粉末的3D打印機

，這種技術的設備占了金屬3D打印機的大多數(shù)

，通常被稱為選擇性激光熔化（SLM）或粉末床熔化（PBF）

。打印機可以使用"純"金屬材料

，也可以使用合金材料。

SLM 3D打印機使用粉末狀金屬原材料

，在投入打印倉之后

，由刮刀或滾筒將金屬粉末平鋪在基板或構(gòu)建平臺上形成一個薄層

。接下來，一個高功率的激光器按照切片的圖案來選擇性地熔化粉末材料

。然后

，構(gòu)建板下降到一個小層的高度，涂布機在表面上鋪上另一層新的粉末

。打印機不斷重復這些步驟

，直到得到成品部件。

與EBM技術相比

，SLM技術可以打印出更好的初始表面光潔度和更高的精度

。

3.用電子束進行金屬粉末床融合——電子束熔融（EBM）

電子束熔化是一種使用電子束作為能量來源的3D打印技術，主要用于導電金屬

。所有EBM 3D打印機都由一個能夠發(fā)射電子束的能量源

、一個粉末容器、一個送粉器

、一個粉末再涂層器和一個加熱的構(gòu)建平臺組成

。需要注意的是，打印過程必須在真空中進行

。這是因為電子束的電子會與氣體分子發(fā)生碰撞

，這將"殺死"電子束。

由于電子束能量較高

，EBM可以比SLM更快

，產(chǎn)品部件的殘余應力也比SLM低。

4.金屬粘結(jié)劑噴射

金屬粘結(jié)劑噴射可以打印出具有復雜設計的零件

，而不是實心的

，由此產(chǎn)生的零件在具有同樣強度的同時，也大大減輕了重量

。粘結(jié)劑噴射的多孔性特征也可用于實現(xiàn)醫(yī)療應用中更輕的終端零件

，如植入物。與其他增材制造工藝一樣

，粘結(jié)劑噴射可以生產(chǎn)具有內(nèi)部通道和結(jié)構(gòu)的復雜部件

，消除了焊接的需要，減少了部件的數(shù)量和重量

。為粘結(jié)劑噴射重新設計你的金屬部件

，可以大大減少使用和浪費的材料。

5.電弧送絲增材制造（WAAM）

電弧送絲增材制造以金屬線為材料

，以電弧為能量來源

，與焊接非常相似。電弧熔化金屬絲

，然后被機械臂一層一層地沉積到一個成型平臺上

。與焊接一樣

，惰性氣體被用來防止氧化并改善或控制金屬的特性。

這個過程逐漸將材料制造成一個完整的三維物體或修復現(xiàn)有物體

。沒有支撐結(jié)構(gòu)需要移除

，如果有必要，成品部件可以通過數(shù)控加工達到嚴格的公差

，或者進行表面拋光

。通常情況下，打印出來的部件需要熱處理

，以釋放殘余應力

。

6.基于激光的定向能量沉積（DED）

使用激光定向能量沉積技術來熔化金屬材料，同時由噴嘴沉積

。金屬材料可以是粉末或金屬絲形式

。盡管用DED技術能夠建造完整的零件，但這種技術通常被用來修復或增加現(xiàn)有物體的材料

。當與數(shù)控加工相結(jié)合時

，它可以產(chǎn)生一個精確的成品部件。

7.基于電子束定向能量沉積(DED)

電子束定向能量沉積使用電子束熔化金屬線（而不是粉末）

，同時由噴嘴沉積

。與上述WAAM非常相似，電子束DED因速度而受到推崇

。與WAAM不同

，這些打印機需要一個真空室。通常情況下

，零件被打印成接近凈值的形狀

，然后用數(shù)控機床加工成嚴格的公差，如上面的照片所示

。

8.金屬立體光刻技術

9.冷噴涂

在增材制造方面

，冷噴正在被用于快速制造金屬替代部件，以及金屬部件的現(xiàn)場維修和修復

，如石油和天然氣行業(yè)的軍事設備和機械

。修復后的零件，在某些情況下

，可以比新的更好

。

10.微納金屬3D打印

有兩種方法可以制造微型金屬3D打印部件：上面提到的金屬立體光刻技術和微納選擇性激光燒結(jié)（μSLS），這是一種小規(guī)模的激光粉末床熔融技術

，上面也提到過

。也被稱為微型激光燒結(jié)或微型激光熔化，這種工業(yè)技術使用一個粉末床和一個精細激光

。

3D打印中的金屬材料

一些3D打印方法可以使用已經(jīng)用于注射成型的的材料

，如一些粉末、線材和顆粒

，而其他材料則是為3D打印而獨特配制的

。如果你知道你的零件需要用什么材料打印，請查看下面的指南

，了解你可以打印鈦

、鋁和鋼的所有方法。

△BeamIT金屬3D打印服務(來源: BeamIT)

為了從3D打印給金屬零件和產(chǎn)品帶來的所有優(yōu)勢中獲益

，你不一定需要投資自己的3D打印機

。全球各地有越來越多的3D打印服務提供商，他們不僅可以用你選擇的金屬打印你的產(chǎn)品或原型

，而且它們甚至可以為你的零件提供最佳方法

、材料和設計的建議。

編譯自：all3dp

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