Verschiedene Metall-3D-Drucktechniken

被视作所有3D打印顶尖之处的是3D-Druck von Metall, 在谈及强度以及耐用性时, 没有什么能够与金属相比拟, 最早的金属3D打印专利乃是DMLS（直接金属激光烧结）, 它是由德国EOS于1990年代取得的, 自那时开始, 金属3D打印逐渐演变发展出诸多类型的打印工艺, 现今, 每一台金属3D打印机通常会运用以下四类工艺当中的一种, 分别是粉末床融合、粘合剂喷射、直接能量沉积以及材料挤压。

3D-Druck von Metall

金属粉末床熔化（Metal Bed ）

常被运用的工艺有以下几种, 分别是, 那般被称作DMLS的直接金属激光烧结工艺, 还有那名为SLM的选择性激光熔化工艺, 以及所谓的EBM电子束熔化工艺。

经过PBF熔化技术炮制生产出来的金属零件, 能够削减残余应力, 还可减少内部缺陷, 进而成为航空航天以及汽车工业里苛刻应用的理想之选。

直接金属激光烧结, 即 DMLS, 可用于构建几乎任何金属合金的物体，在要打印的表面上散布一层极薄的金属粉末, 激光缓慢且稳定地穿过表面烧结这种粉末, 金属内部颗粒即便未被加热到完全熔化状态也能融合在一起, 接着施加并烧结额外的粉末层, 进而一次“打印”物体的一个横截面, 打印完成后, 物体慢慢冷却, 多余粉末可从构建室回收并循环使用。“直接金属激光烧结”（DMLS）的主要优点在于, 它所生产的物体不存在残留应力, 并且没有内部缺陷, 这对于处于高应力状态下的金属部件而言极为重要，比如说航空航天领域的零件或者汽车零件, 而其主要缺点则是造价非常高昂。

被称作选择性激光熔化的SLM: 是借助高功率激光把每层金属粉末予以完全熔化, 并非仅仅烧结, 如此生成的打印物体极其致密且坚固, 当前, 此项工艺仅能够应用于某些金属, 像不锈钢、工具钢、钛、钴铬合金以及铝, 在SLM制造进程里出现的高温梯度会促使最终产品内部出现应力与错位，进而对物理性能造成损害。

电子束熔化, 也就是EBM, 它跟选择性激光熔化极为相像, 能够生成致密的金属结构。这两种技术有所不同, 在于EBM是利用电子束而非激光去熔化金属粉末。当前, 电子束熔化仅能应用于数量有限的金属。虽说也能够使用钴铬合金, 然而钛合金依旧是这种工艺的主要原材料。这项技术主要被用于制造航空航天工业的零件。

技术优点: 能够以高精度制造近乎任何几何形状, 其所使用的金属范围极为广泛，涵盖了最轻的钛合金以及最坚固的镍高温合金, 而这些恰恰是传统制造技术难以予以加工的, 其机械性能足以与锻造金属相媲美, 能够如同传统制造金属零件那般开展机械加工、涂上涂层以及进行处理。

技术存在缺点表现为, 材料成本高, 机械成本高, 操作成本也高, 零件得借助支撑结构连接到构建板上, 目的是防止翘曲, 如此会产生废料, 还得进行手动后处理将其移除, 构建尺寸受限, 而且金属粉末处理存在危险性, 所以需要严格的过程控制。

PBF粉末床熔化

金属粘合剂喷射（Metal ）

常用工艺：MJF（多喷射熔合）、NPJ（纳米粒子喷射）

改写: 这项技术, 运用喷墨把一种粘合剂选择性地滴在平坦的粉末床上, 接收液滴的区域会被固化, 其余的粉末保持松散状态, 逐层开展以上这些步骤, 一直到生成整个对象, 运用该工艺能够处理金属、沙子。陶瓷等材料, 鉴于金属粘合剂喷射机在室温下运行, 不会出现翘曲并且不需要支撑, 所以, 粘合剂喷射机能够比粉末床融合机大出许多, 且能够堆叠物体, 用以充分利用整个构建室。这使其成为小批量生产以及按需制造的颇为流行的选择。

具有这样的技术优点, 其一, 能够进行大体积打印, 其二, 零件无需连接到构建板上, 其三, 基于此可以嵌套起来, 进而利于利用所有可利用的构建体积, 其四, 对几何体限制相对较少, 其五, 通常情况下不需要支撑, 其六, 不会出现翘曲现象, 所以能够制作更大的零件, 其七, 打印的速度相当快, 其八, 相比粉末床熔融金属打印成本更低。

其存在技术缺点, 部件于打印之后, 需历经耗时不短的脱脂过程以及炉烧结过程, 机器成本高昂, 材料成本同样高昂。孔隙率相较于粉末床熔合更高, 所以机械性能没那么优良, 并且可选材料数量较少。

粘合剂喷射3D打印机

直接能量沉积（ ）

常见的工艺有, DED也就是直接金属沉积, WAAM即电弧增材制造, LMD是激光材料沉积。

这种方法, 是把金属挤压, 不管是金属粉末, 还是金属丝, 挤压之后, 会立刻遭受高能量撞击, 而这高能量撞击能借助等离子弧、激光或者电子束达成熔化, 能量让金属熔化, 熔池即刻降至3D空间, 借助机械臂开展位置操作, 它跟焊接极为相像, 所以主要应用的其中一方面是修复现有的金属零件, 进而增添零件的功能性。

技术优点: 金属丝是金属3D打印材料形式里最实惠的, 有些机器能使用两种不同金属粉末制造合金和材料梯度, 五轴和六轴运动能在不使用支撑材料时生产模型, 可以修复损坏金属部件并添加新组件, 构建体积大, 材料使用高效, 零件密度高, 机械性能好, 打印速度快。

零件表面质量欠佳, 一般而言需进行机加工以及精加工, 小细节达成艰难或者无法达成, 这属于技术缺点。机械成本高, 操作成本也高。

激光金属沉积(LMD)

金属材料挤压（Metal ）

常用工艺：FDM（熔融沉积建模）/FFF（熔丝制造）

这项技术是专门为了能够实现廉价金属3D打印而打造的, 它能够被用于中小型企业, 设计工作室、机械车间以及小型制造商, 会运用金属材料挤压机去进行迭代设计, 去创建夹具和固定装置, 以及完成小批量生产, 这个领域的最新进展之物是金属丝, 它能够在大多数桌面FDM3D打印机当中得到运用, 进而让几乎每一个人都能够采用金属3D打印, 金属材料挤压有着这样的工作原理:

聚合物细丝或浸有金属小颗粒的线材按照设计形状逐层3D打印。

清洗3D打印部件，去除一些粘合剂。

将零件放入烧结炉中，金属颗粒熔化成固体金属。

技术优点：实惠、操作简单安全。

技术缺点在于, 零件得经过跟粘合剂喷射零件一样的脱脂过程, 还要经过烧结过程。需要针对几何形状施加更多限制, 以此防止其翘曲, 还得对支撑施加更多限制, 同样是为防止翘曲。并且零件具备高孔隙率, 没办法达成跟锻造金属一样的机械性能。零件不像运用PBF或DED那样致密, 而且炉内收缩不太精准。

Metal X 3D打印机的样品零件