金属 3D 打印：揭穿 7 个常见的误解

仍然缺乏对金属 3D 打印能力和局限性的了解 主要挑战之一 以更好地采用该技术。围绕该技术出现的误解只会火上浇油。

在今天的文章中，我们将揭开一些围绕金属 3D 打印的常见误区，揭开真相并用事实武装您。

1.金属3D打印太贵了

金属增材制造 (AM) 可能是一项昂贵的技术。一些金属 AM 系统的成本可能高达 100 万美元，因此只有大型企业才能负担得起。

也就是说，一些公司认识到这种资本投资对于较小的公司和机械车间来说是不可能的，并且专门开发了价格低于 20 万美元的 3D 打印机。此类系统旨在使金属 3D 打印大众化，为更广泛的市场解锁该技术。

示例包括 Xact Metal、Laser Melting Innovations (LMI) 和 One Click Metal 等公司，它们正在推动金属粉末床融合技术的普及。

在大多数情况下，这些公司为他们的系统配备了更具成本效益的组件，以降低设备成本。例如，LMI 的 Alpha 140 3D 打印机使用二极管激光器，它比 CO2 激光器更便宜且不易损坏。而且，Alpha 140 配备了笛卡尔运动激光系统，而不是昂贵的扫描仪系统。由于这些变化，该公司能够将其机器的价格降低到 100,000 欧元以下。

此外，Desktop Metal 和 Markforged 等其他公司开发了一种新的金属 3D 打印方法以使其更实惠。 Desktop Metal 的 Studio System 和 Markforged 的​​ Metal X 系统都基于类似的技术，而封装在塑料细丝中的金属粉末通过喷嘴挤出，制成绿色零件，然后在熔炉中烧结。

什么使这种方法更实惠的是制造打印机所需的组件更便宜，并且通过更便宜的金属注射成型材料实现更低的运营成本。

售价不到 200,000 美元，Metal X 和 Studio System 都激发了新的可能性在金属 3D 打印中通过使该过程更便宜、办公室友好且更易于管理。

2.大多数金属 AM 系统都相似

另一个常见的误解是所有金属 3D 打印机都相似。实际上，有多达五种关键的金属 3D 打印技术，每种技术都有其独特的要求和功能。

即使在同一技术组中，3D 打印机也可能有很大差异。以金属粉末床熔融 (PBF) 为例，该工艺是通过强大的热源将金属粉末逐层熔融的过程。虽然 PBF 背后的关键思想保持不变，但对该技术有几个非常独特的看法。

例如，VELO3D开发了一款粉末床融合3D打印机，该打印机具有独特的重涂机制，并与软件紧密集成。这为系统提供了打印几乎没有支撑结构的零件的独特能力。

在另一个例子中，Aurora Labs 正在开发 PBF 金属 3D 打印机，它将能够以前所未有的 PBF 技术速度打印零件，每天最多可打印一吨金属。

总体而言，金属 3D 打印领域非常复杂，难以跟踪。您可能需要查看我们的《金属 3D 打印权威指南》以了解有关该技术的更多信息。

3.金属 3D 打印仅适用于小批量生产

金属 3D 打印确实是生产小批量零件的首选技术。然而，它的功能还不止于此。一些金属 3D 打印机，尤其是那些基于粘合剂喷射技术的打印机，可以容纳中到大批量的零件。

说明这一点的一家公司是 3DEO。这家金属3D打印公司开发了专利的智能分层技术，使其能够实现金属零件的大批量、可重复和自动化生产。

3DEO 的增材过程基于三个步骤。首先，机器会涂抹一层薄薄的标准金属注射成型 (MIM) 金属粉末。然后它将粘合剂喷涂到整个层上。最后，它使用 CNC 立铣刀在每一层精确定义零件的形状。这种混合方法使使用其技术即服务的公司每年可以处理 250,000 件订单。

另一个例子是Desktop Metal的生产系统，这是一台能够以高达12,000立方厘米/小时的速度打印的粘合剂喷射机，相当于每小时超过60公斤的金属零件。这样的速度比市场上大多数金属 3D 打印机快几个数量级，这使其成为大批量生产复杂金属零件的理想选择。

作为机械加工等传统方法的潜在替代品，这些方法表明该行业正在开发更快的金属 3D 打印解决方案，将该技术带入更大批量生产的新领域。

4.高端应用是推动金属 3D 打印需求的唯一应用

金属增材制造确实首先用于航空航天和医疗行业的高端应用。然而，随着更实惠的金属 3D 打印解决方案的普及，应用范围已扩展到备件、功能原型和定制工具。

有趣的是，根据安永最近的报告，3D 打印通过增材制造的模具、夹具和固定装置改进现有制造工艺的能力被认为是 AM 的主要优势之一。

例如，工具制造公司Built-Rite正在内部使用Desktop Metal的Studio System来生产快速模具装配组件。 Studio System 的工作原理是加热和挤压金属棒（金属粉末和聚合物粘合剂），逐层成型生坯部件，然后部件在适合办公室使用的熔炉中烧结。

该过程使Built-Rite 的组件制造成本比外包时便宜90%，速度提高30%，同时减轻了40% 的重量，从而减少了材料使用量。

在备件生产方面，金属增材制造可以帮助解决几个主要的售后和维修成本驱动因素：高库存、需求较低的旧备件以及过时或非移动部件仓库。

很明显，金属 3D 打印的优势超越了昂贵的航空航天和医疗部件，因为它成为一种具有广泛低端应用的技术。

5.金属 3D 打印部件不如传统金属部件

许多制造商仍然不确定金属 3D 打印零件的质量是否可以与传统制造的零件质量相同。这种误解的产生主要是因为金属 3D 打印的新颖性，它仍然必须证明其适用于生产最终用途零件。

实际上，技术采用者已经证明金属 3D 打印部件的质量等于甚至超过传统制造的替代品。这就是为什么我们越来越多地看到金属 AM 部件被用于关键系统，如火箭发动机、热交换和各种涡轮机部件。

虽然实现合格的金属增材制造工作流程可能是一项具有挑战性的任务，但制造商正在采用这项技术，最终从性能更好、更轻、更高效的金属部件中获益。

6.金属3D打印机只能打印小零件

随着对更大金属零件的需求不断增长，该技术已经发展到能够生产更大的零件。

2020 年，大多数 3D 打印机，尤其是基于粉末床和粘合剂喷射技术的 3D 打印机，都会制造以厘米为单位的小部件。例如，在 PBF 技术的情况下，金属粉末层被激光或电子束熔化，由于零件内应力的积累，很难制造大型零件。零件越大，温度变化越大，残余应力越大，零件变形量的变化越大。

这就是为什么大型零件的生产通常由其他金属增材制造技术完成，例如直接能量沉积和电弧增材制造。

例如，金属 3D 打印机制造商西亚基在其电子束增材制造 (EBAM) 技术的推动下，提供了一些最大的金属 3D 打印机。西亚基将其 AM 系统定位为一种更快、更实惠的大型锻件和铸件替代品。

其中一台 3D 打印机 EBAM 150 具有令人印象深刻的 3708 x 1575 x 1575 毫米构建体积.

EBAM 使用类似焊接的工艺，其中电子束用于熔化金属丝。这意味着该技术非常适合加工各种可焊接材料，从钛到铬镍铁合金和不锈钢。

洛克希德马丁公司是EBAM技术的用户之一。这家航空航天公司应用它为在卫星上携带燃料的高压罐制造了两个巨大的圆顶。该技术使洛克希德马丁公司能够在三个月而不是两年内 3D 打印两个直径为 116 厘米的圆顶——交货时间缩短了 87%。

金属 3D 打印的能力显然超越了小型组件，开启了以更快、更灵活的方式 3D 打印大型零件的可能性。

7.金属粉末重复使用会对零件的材料特性产生负面影响

我们今天要讨论的最后一个误解是，基于激光的 PBF 工艺中的粉末再利用和回收会对材料特性产生负面影响并导致产生劣质零件。

在PBF中，印刷过程完成后，未熔化的粉末被回收，然后与新粉末按指定比例混合。然而，对材料回收持怀疑态度的工程师通常会指定一个最大粉末使用年限，并要求 AM 供应商丢弃所有旧粉末。

然而，多项研究证明，通过适当的控制重复使用和回收粉末不仅对机械性能没有影响，而且还使基于激光的 PBF 成为一种更有效、更经济的 AM 工艺。

例如，3D 打印服务提供商 Stratasys Direct Manufacturing 就回收利用对镍基高温合金部件的影响进行了深入研究。通过测量由回收材料 3D 打印部件的拉伸强度和屈服强度等不同参数，研究发现回收对 Inconel 718 和 Inconel 625 的室温或高温特性几乎没有影响。

在另一项研究中，金属 3D 打印机制造商雷尼绍使用回收的钛合金 Ti6Al4V ELI（超低间隙）粉末进行了总共 38 次构建。该公司得出结论，研究期间粉末的变化不足以影响材料参数设置，并且没有证据表明有必要处理粉末。

克服对金属 3D 打印的误解

随着金属 3D 打印技术的不断成熟，使该技术成为主流的方法之一是让人们了解该技术的真正能力和局限性。

最终，凭借最新知识，金属增材制造行业可以沿着工业化道路更快地发展，为更广泛的市场和应用解锁技术。