关于金属激光打印的事实

精密零件制造是否可以进行 3D 打印？

金属3D增材激光打印的话题经常出现在新闻中，所以你可能想知道：金属切割公司什么时候会谈论激光打印？毕竟，我们经常谈论制作金属零件的各种其他方法。

在金属切削中，我们制造非常小的零件，例如，这里的示例通常尺寸为 1 毫米（0.039 英寸）乘 2 毫米（0.079 英寸），我们制作了一个很多。这些零件通常没有很多复杂的特征或内部空隙。它们可能是管子，也可能是实心的。

所以，我们对 3D 激光打印专家的问题是，可以 你用金属3D激光打印这么大批量这么小的零件？

金属 3D 激光打印的基本方法

首先，让我们快速了解一下金属 3D 增材激光打印的三种主要方法。

直接金属激光烧结 (DMLS)

这种最流行的方法基本上是将 2D 设计熔化到平坦的粉末床上，融合粉末，然后逐层添加以构建对象。DMLS 允许迄今为止不可能的设计。但是，该过程非常缓慢，并且产生的冶金学接近但并非在所有情况下都等同于传统制造。 DMLS又称选择性激光烧结（SLS）或选择性激光熔化（SLM）。

定向能量沉积 (DED)

在这种送粉方法中，高度浓缩的金属粉末流通过挤出机缓慢释放，并在遇到激光时熔化，在表面形成层零件。DED 对金属的 3D 激光打印精度很高，也用于修复损坏的零件。这种方法被称为激光金属沉积（ LMD)。

金属粘合剂喷射

这种方法包括将液态粘合树脂涂在粉末金属材料上，这些层实际上是“粘合”在一起，然后在高温窑中烧结。这个过程比其他两种方法更快、更便宜；但是，结果不如使用 DMLS 或 DED 获得的结果强或密集。

激光打印金属的一些应用

金属激光打印已在许多应用中流行起来，包括从原型制作到各个行业的功能部件，再到日常用品的大规模定制生产，例如珠宝和厨具。

金属激光打印在牙科和骨科植入物应用中非常流行。它允许定制这些产品以满足个别患者的需求。（您可以在我们的博客 3D 抛光金属部件中阅读更多信息打印医疗设备。）金属的激光打印也广泛用于航空航天工业。例如，下一代 LEAP 喷气发动机具有 3D 打印燃料喷嘴。

一些常见错误

人们对金属的 3D 激光打印做出了一些错误的假设。这听起来很傻，但需要注意的是，仅仅因为产品是使用 3D CAD 建模设计的，并不能使其“准备好 3D 打印”； 3D 激光打印工艺需要独特的后处理。

与任何制造方法一样，还必须考虑要使用的特定材料的特性。例如，一个假设是金属的激光打印是金属铸造的替代品。相反，激光非常适合不能独特的复杂零件 3D 激光打印金属物体的属性与“相同”物体在金属中铸造时的属性不同。

此外，为 CNC 铣削等工艺设计的金属零件的激光打印将非常昂贵。这是因为减材制造的零件质量和体积更大，而且它们的设计没有针对 3D 制造的固有优势进行优化——本质上是空隙和轻质、高强度的结构。

金属激光打印的优势

从工程师的角度来看，金属 3D 激光打印最显着的优势可能是：

• 能够产生完全封闭的空隙和其他无法进行减材加工的特征
• 产生非凡零件强度的结构和以前无法实现的轻量化设计

对于航空等行业而言，减轻飞机重量意味着降低油耗，因此轻量化是一个重要目标。

从应用的角度来看，金属激光打印最显着的优势将是“大规模定制”，3D 增材激光打印引领的行业从航空的替换零件到牙科的牙冠和牙桥，再到骨科和假肢的创新，当然，整个原型制作业务。其中一些独特的形状永远无法通过减法生产。即使对于那些可能 以较低的单件成本进行加工或铸造，这两种方法都无法达到金属 3D 激光打印所实现的几乎瞬时交付时间。

金属的激光打印还可以减少生产过程中的废料量。传统的减材切割方法涉及去除材料以创建形状，而金属的 3D 激光打印可以实现形状通过添加所需的材料。

只要金属粉末可用，3D 激光打印在其可以使用的金属方面是灵活的，包括钛、不锈钢、铬镍铁合金和钴铬合金，以及黄铜、铜、青铜和贵金属，如金、银和铂。然而，虽然 3D 激光打印在惰性气氛中的挑战已被克服，但仍无法对某些金属进行适当的退火。例如，虽然可以通过 3D 打印“构造”钨，但生成的钨金属块太脆而无法使用。

金属零件激光打印的缺点

增材 3D 激光打印当然以将不可能变为可能而闻名，但精度呢？ 3D打印是制造小型精密金属零件的好方法吗？

让我们看看 DMLS，最成熟和最完善的方法，其中驱动尺寸精度的重要变量是：

• 粉末颗粒的大小
• 电梯台阶的高度间隔
• 激光束的大小

这些因素中的每一个都决定了尺寸公差。大的金属粉末颗粒尺寸导致更大的步骤。每个粉末层的高度同样决定了可以达到的公差。
可能最重要的变量是激光器的尺寸。这是一个微小的光束给你更高的精度，更大的光束产生的尺寸更不精确。问题是，较小的激光束产生的热量较少——这意味着完成工作需要更长的时间。所以，你可以拥有一个非常精确和/或非常小，但生产需要更长的时间。这反过来又会提高成本。

金属激光打印还有其他一些耗时的方法。再看一下非常流行的 DMLS，每个部分都有一个微小的连接点，就像保持蜂巢悬挂的细线一个门廊。如果您有 10,000 个激光打印部件，这意味着您有 10,000 个必须分离的连接点。这种与底座分离的任务通常使用 EDM 完成;但无论使用什么方法，重复 10,000 次，即使不是全部，也能抵消大部分附加优势。

现实情况是，使用 3D 激光打印金属仍然无法实现真正​​的大规模生产，这使得生产数以万计的非常小的金属变得不切实际且成本高昂。此外，3D 打印机的前期成本很高：一些旨在颠覆之前的颠覆者的最新桌面至少需要 100,000 美元，最高超过 100 万美元用于使用钛等金属的可控气氛打印机或用于制造航空零件的机器所需的巨型外壳。如此高的成本意味着无论激光打印机的应用是什么，都需要“添加”一些真正独特的东西，以从传统金属制造方法的价值中“减去”。

未来会怎样？

我们不希望您认为我们固执或抗拒改变。事实上，我们想向我们的朋友 Scott Cohen 和他的搭档 David 大声疾呼新实验室的贝尔。他们和任何人一样了解未来，我们毫不怀疑新实验室的某个人总有一天会解决我们现在看到的一些问题。

虽然桌面大小的 3D 激光打印机——而不是巨大的工业大小机器——的发展将使这项技术更容易获得，但我们仍然认为金属激光打印不适合用于大批量的小型精密零件。在这种情况下，小型机器不能制造小型零件。但当然，有一天我们可能会被证明是错误的！

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