比较金属 3D 打印技术

美国陆军案例研究

金属熔丝制造（结合粉末挤出）

金属 FFF 是当今市场上最容易获得和安全的金属增材制造技术。

金属 FFF 的工作原理

该工艺使用由金属注射成型介质（在蜡质聚合物中结合在一起的金属粉末）制成的结合粉末原料。采用脱脂系统和烧结炉。

金属 FFF 是一个三步过程。它使用结合粉末和烧结 ，一种将使用金属粉末介质的 3D 打印部件完全转化为固体金属的高能量工艺：

差异化因素

• 负担能力。 与其他金属打印机相比，拥有金属 FFF 打印机的拥有和运营投资要低得多。

• 安全。 由结合粉末组成的金属 3D 打印机灯丝使用起来相对安全，只需很少的培训和个人防护装备即可有效地使用机器。
• 第一部分产量高。 这是通过使用整体烧结工艺实现的，与选择性烧结相比，该工艺引入的内应力更少。
• 广泛的材料可用性。 在未来，有可能实现更广泛的未来状态兼容性。工业 3D 打印机金属类型可能包括稀有金属和合金。

注意事项

• 未针对实体零件进行优化。 通常，机器会打印带有闭孔填充物的零件。虽然金属 FFF 可以打印实体零件，但这会导致打印时间增加或限制可制造的零件种类。
• 近净形状部分。 如果需要，零件可以进行后处理以达到严格的公差，但金属 FFF 工艺通常打印接近净形状的零件。

当前展望

金属 FFF 正在迅速成熟，机器仍然变得更加强大和可靠。新功能不断扩展应用程序基础。许多行业都在利用金属 FFF 来开发尖端应用。

长期观点

随着金属 FFF 的不断成熟，更多的材料和功能将继续使该技术可用于的应用多样化。在 3D 打印具有复杂设计的金属零件时，金属 FFF 打印机因其经济实惠、可访问性和多功能性而成为制造设施中的常规设备。

粉床融合

粉床融合的工作原理

安装在机架上的激光器跟踪给定层的路径，将金属粉末精确地融合在一起。

1. 粉末分配系统将一层新的松散粉末推到成型部件上。

2. 激光熔化下一层，并重复该过程。

3. 打印后，零件将根据需要进行去粉和后处理。

差异化因素

• 可以打印特殊部件。 这包括超复杂的几何形状、大型零件和大型完全致密零件。
• 成熟的技术。 因此，有大量的材料选择和几个行业参与者提供多种机器选择。

注意事项

• 价格。 粉末床融合仍然很昂贵，而且这项技术的金属 3D 打印机价格标签通常需要 50 万美元以上才能获得和安装。
• 操作。 需要熟练的操作员来运行，制造车间需要大量的隔离空间，以及昂贵的个人防护设备 (PPE) 和设施改造。这些增加了金属 3D 打印成本。
• 拨入精制部分。 复杂的 3D 打印金属零件需要多次迭代才能成功且准确地打印。该过程会产生内应力，从而导致开裂和变形。不过，只要输入打印和设计参数，就可以打印出高质量的零件。

当前展望

粉末床融合仍然是金属 3D 打印行业的市场领导者。有少数具有先进能力的领先行业参与者，还有一类新进入者试图满足特定的利基市场或提供更具成本竞争力的解决方案。以超专业、高性能应用而闻名的行业在采用粉末床融合方面处于领先地位，包括航空航天、汽车和医疗。

长期观点

预计更广泛的采用将推动粉末床融合技术的更多创新应用。随着越来越多的行业开始利用这种 3D 金属打印技术，将会出现更多独特的应用。日益激烈的竞争将有助于推动更易于使用的机器。

粘合剂喷射

粘合剂喷射使用专门的液体聚合物粘合剂通过将松散的金属粘合在一起来形成零件。这个过程创建了可以批量烧结的轻绑定部件。粘合剂喷射是一项新兴技术，潜力巨大，是一项值得关注的发展中技术。

工作原理

粘合剂喷射采用两步工艺，具有散粉和印后烧结：

1. 在此 3D 金属打印过程中，喷墨式打印头将专用粘合剂精确地沉积在金属粉末床上。打印完每一层后，机器会以类似于粉末床融合的方式在顶部沉积更多粉末，重复打印和铺展过程，直到制造出零件。
2. 易碎部件首先被小心地除粉，然后烧结，烧掉粘合剂并将它们融合在一起成为全金属部件。

差异化因素

• 打印速度快。 打印过程极快，可以同时制造多个零件。
• 精确。 精确的喷墨头非常适合创建复杂的零件和复杂的特征。

注意事项

• 安全和处理。 使用散粉会带来安全和处理问题。
• 价格。 最低购置成本至少为 30 万美元。价格可能高达 200 万美元。
• 零件孔隙率。 尚未证明该工艺在广泛范围内具有可靠且可重复的机械性能。
• 零件尺寸和设计限制。 关于粘合剂喷射机可以有效生产的零件的尺寸和复杂性，仍有很多未知数。
• 绿色部件的耐用性。 打印后，3D 打印的金属强度非常低，这可能会影响吞吐量和零件限制。
• 可重复性。 如果您可以使用这项技术准确且重复地 3D 打印金属零件，这是一个悬而未决的问题。

当前展望

粘合剂喷射仍然是一项发展中的技术，该领域只有少数制造商。虽然主要参与者正在对该技术进行投资，但实际用户并不多。

长期观点

一些行业分析师预测，在金属 3D 打印功能部件时，粘合剂喷射可能是大规模生产的未来。然而，这些预测取决于制造商是否找到了该过程面临的关键技术问题的答案。

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