金属 3D 打印：什么是直接能量沉积？

直接能量沉积 (DED) 是一系列类似的金属 3D 打印技术，通过在沉积时熔化和融合材料来制造零件。虽然它可用于制造新零件，但 DED 通常用于修复和重建损坏的组件。作为主要的金属 3D 打印技术之一，DED 已经应用于航空航天和国防、石油和天然气以及海洋工业等关键行业。在今天的教程中，我们将探讨 DED 流程、其优点和局限性以及现有用例。

DED 是如何工作的？

直接能量沉积有时有几个不同的名称，包括 3D 激光熔覆和定向光制造。此外，某些以 DED 为模型的专有技术有时可以互换使用：电子束增材制造 (Sciaky)、激光工程净成型 (Optomec)、快速等离子沉积 (Norsk Titanium) 或电弧增材制造。虽然每个过程的工作方式略有不同，但它们背后的原理是相同的。

在 DED 过程中，金属粉末或金属丝形式的原料被推过一个进料喷嘴，在那里它被聚焦热源（最常见的是激光，但也可以也可以是电子束或电弧）并连续添加到构建平台上。热源和进料喷嘴都安装在龙门系统或机械臂上。该过程通常在充满惰性气体的密封室中进行，以更好地控制材料特性并保护材料免受不必要的氧化。

查看实际应用中的技术：

材料

DED 支持多种金属，包括：

• 钛合金
• 不锈钢
• 马氏体时效钢
• 工具钢
• 铝合金
• 难熔金属（钽、钨、铌）
• 高温合金（铬镍铁合金、哈氏合金）
• 镍铜
• 其他特殊材料、复合材料和功能梯度材料

值得注意的是，DED 中使用的材料比粉末床金属 AM 中使用的金属粉末便宜得多。

直接能量沉积：优点和缺点

DED 技术已经使用了很多年，并提供了一系列好处：

• 修复零件的理想选择：控制零件晶粒结构的能力使 DED 成为修复功能性金属零件的良好解决方案。

• 更大的 3D 打印部件 ：与粉末床金属增材制造工艺相反，粉末床金属增材制造工艺通常生产更小的、高清晰度的部件，一些专有的 DED 方法可以生产更大的金属部件——例如，西亚基开发的电子束增材制造 (EBAM) 技术据说可以能够生产长度超过6米的零件。

• 打印速度快 ：通常，DED 机器具有较高的材料沉积率。例如，某些 DED 工艺可以达到每小时 11 公斤金属的速度。

• 减少材料浪费 ：使用 SLM 和 DMLS 工艺，因为粉末会散布在构建平台上，然后有选择地融合在一起，这通常会留下大量必须重新使用的未融合粉末。在合同中，DED 只存放所需数量的材料。由于无需回收废粉，因此可以有效利用材料并节省成本。

• 多材质功能 ：使用 DED，可以在构建过程中更改或混合粉末或线材以创建定制合金。该技术还可用于在同一构建中的两种不同材料之间创建渐变，从而为零件实现更强的材料特性。

• 高品质金属部件 ：DED 生产高密度零件，其机械性能与可比的铸造或锻造材料一样好或更好。使用 DED 生产的零件也可以达到近净形状，这意味着它们几乎不需要后处理。

• 混合制造能力 ：DED 是少数适合集成到加工中心以创建混合制造解决方案的金属 3D 打印技术之一。通过在多轴加工系统上安装沉积喷嘴，可以更快地生产高度复杂的金属零件并提高灵活性。

DED 的局限性是什么？

DED 的一些限制包括：

• 低分辨率： 采用直接能量沉积法生产的零件往往分辨率低、表面光洁度差，因此需要二次加工，这会增加整个过程的时间和成本。

• 无支撑结构： DED 不适合创建支撑结构，这会限制具有某些几何形状的零件的生产，例如悬垂。

• 成本： DED 系统通常非常昂贵，成本超过 500,000 美元。

直接能量沉积：机器

在下表中，我们总结了基于 DED 流程开发专有技术的主要公司，以及可用的机器及其构建量。

制造商 系统名称 构建量 西亚奇 EBAM® 68711 x 635 x 1600 毫米EBAM® 881219 x 89 x 1600 毫米EBAM® 110 1778 x 1194 x 1600 毫米EBAM®1502794 x 1575 x 1575 毫米51219 毫米> x 19b 30mm51219 毫米> 毫米30 镜头 450 100 x 100 x 100 毫米镜头 MR-7300 x 300 x 300 毫米镜头 850-R 900 x 1500 x 900 毫米镜头 860 Hybrid860 x 600 x 610 毫米光束 模数 250400 x 250 x 300 模数 400650 x 400 x 400Magic 8001200 x 800 x 800 InnsTek MX-600450 x 600 x 350 毫米 MX-10001,000 x 800 x 650 毫米 MX-Grande4,000 x 1,000 x 1,000 毫米DMG Mori（混合） LASERTEC 65 3D735 x 650 x 560 毫米

常见用例

DED 已成功应用于各个行业，包括航空航天、石油天然气、国防、海洋和建筑。航空航天制造商越来越多地使用该技术生产卫星和军用飞机的结构部件。例如，洛克希德·马丁航天公司最近对西亚基的 EBAM 工艺进行了认证，为卫星建造钛燃料箱圆顶。通过使用该技术，该公司能够将部件的生产时间缩短 87%，并将交货时间从两年缩短至三个月。

DED 也正在考虑用于商用飞机的结构部件.一个例子是最近美国联邦航空局批准的用于波音 787 梦想飞机的飞机钛零件，由 Norsk Titanium 制造。这家挪威公司使用了其专有的快速等离子体沉积技术，这是一种 DED 技术，与传统制造方法相比，该技术有助于显着提高购买与飞行的比率。现在，随着钛零件进入批量生产，波音公司预计每架飞机的生产成本将降低 2 至 300 万美元。

除了生产金属零件外，DED技术非常适合修复损坏的零件。由于强大的冶金结合力和 DED 可以产生的精细、均匀的微观结构，涡轮叶片和注塑工具嵌件等部件可以修复。通过修复磨损的零件、模具或冲模，DED 可以显着减少与零件更换相关的停机时间和成本，同时延长零件的使用寿命。

此外，DED还可用于修改零件。例如，通过使用该技术沉积耐磨硬面层，可以提高零件的耐磨性和耐腐蚀性。

DED 的未来

DED 为需要创建或高效维修高价值设备和定制金属零件（尤其是较大尺寸的零件）的行业提供了许多优势。展望未来，我们预计该技术的应用范围将扩大，特别是由于混合制造这一令人兴奋的趋势。通过与传统制造技术的整合，DED 可以为寻求创新和具有成本效益的生产机会的行业带来进步。