金屬3D打印技術(shù)小盤點(diǎn)
魔猴君 知識堂 4202天前
3D打印金屬是近年來發(fā)展很快的一個方向，也是各國都樂意花大力氣扶持的一個方向。目前，不少金屬3D打印機(jī)都已經(jīng)能生產(chǎn)非常堅固的結(jié)構(gòu)件，應(yīng)力件和功能件，成為3D打印家族中最有可能用于直接生產(chǎn)的技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域也可遍及航空航天，醫(yī)療保健，儀器制造，電子行業(yè)等等。下面方片3就稍稍盤點(diǎn)一下那些神奇的金屬3D打印機(jī)們。1. SLM, SLS和DMLS技術(shù)
這三個技術(shù)只是專利名稱和技術(shù)細(xì)節(jié)上各有不同
，從原理上講卻都大同小異。大體上都是指將粉末狀的材料(通常是金屬材料)鋪一層在工作臺上，并加溫至材料略低于熔點(diǎn)，然后用高能激光束將金屬粉末熔化并與上一層融合成一個實(shí)心整體，而未被掃描到的粉未材料仍呈粉狀作為工件的支撐，一層掃描完成之后，工作臺下降一個層高，再鋪下一層粉末，重復(fù)上述過程一層層累積直至完成三維成型。
? 選擇性激光熔融（SLM）技術(shù)
SLM技術(shù)由德國夫瑯和費(fèi)學(xué)院于1995年與當(dāng)時的F&S Stereolithographietechnik公司合作研發(fā)并申請獲得相關(guān)專利。2000年早期F&S與德國MCP HEK公司（后來稱為MTT科技公司，又改為SLM Solutions公司）達(dá)成商業(yè)合作。如今，SLM技術(shù)的創(chuàng)始人Dieter Schwarze博士在SLM Solutions公司，而Matthias Fockele博士則創(chuàng)立了Realizer公司。
SLM Solutins公司出品的SLM500機(jī)型 Realizer公司出品的SLM250機(jī)型
3D Systems公司也出品了采用SLM技術(shù)的金屬3D打印機(jī)：sPro 125和250。3D Systems 公司稱它們?yōu)橹苯咏饘龠x擇性激光熔融（Direct Metal SLM）。它們能生產(chǎn)高精度，高復(fù)雜度的金屬零件。打印層厚可達(dá)20微米，可打印的金屬包括鈦，不銹鋼，鈷鉻合金，工具鋼等，所以能夠應(yīng)用在航空領(lǐng)域（比如帶冷卻倉的超高效散熱片的一體化打印），以及醫(yī)療保健領(lǐng)域（比如超復(fù)雜形狀的金屬下顎）等等。
? 選擇性激光燒結(jié)（SLS）技術(shù)
SLS技術(shù)由美國德克薩斯州立大學(xué)的Carl Deckard博士和Joe Beaman 博士于上世紀(jì)八十年代中期研發(fā)。后來他們倆成立了DTM公司專門研發(fā)SLS機(jī)器，2001年DTM公司被3D Systems公司收購。因此SLS技術(shù)的代表機(jī)型當(dāng)之無愧的是3D Systems公司的sPro 60SD,60HD,140和230四款機(jī)型。
? 直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）技術(shù)
DMLS技術(shù)由德國EOS公司開發(fā)，與SLS和SLM技術(shù)原理非常類似 。EOS公司出品的EOSINT M 系列機(jī)型也非常類似3D Systems 公司的 sPro 系列機(jī)型。M系列能打印鋁，鈷鉻合金，鈦，鎳合金和鋼。
下面這個視頻就是采用DMLS技術(shù)的EOSINT M270的打印過程演示視頻，主要演示金屬粉末式如何被激光加熱，熔融成為設(shè)計工件的其中一層的：
#p#副標(biāo)題#e#2. 來自Arcam公司的電子束熔融（EBM）技術(shù)
EBM技術(shù)由來自瑞士的Arcam AB公司研發(fā)，于SLS，SLM和DMLS技術(shù)不同的是，EBM不是用激光，而是在一個高度真空的打印腔中采用電子束來完成對金屬粉末的熔融。由于打印過程在真空中進(jìn)行，EBM技術(shù)更適合打印那些易氧化或或易于和空氣中某些元素進(jìn)行反應(yīng)的金屬，比如鈦。另外，EBM采用純凈的合金粉末作為原材料，而不需要像SLS，SLM或DMLS那樣在粉末中添加添加劑，因此無需像SLS，SLM和DMLS技術(shù)那樣在打印后附加加熱工序才能獲得打印件機(jī)械特性。
2013年3月，Arcam公司推出了Q10型3D打印機(jī)，是專門為其公司的假肢市場生產(chǎn)的機(jī)型，用來替換之前A1型。另外Arcam公司還有專門針對航空市場的A2系列機(jī)型（左圖），暫無演示視頻。
#p#副標(biāo)題#e#
3. 來自ExOne公司的3D打印金屬（粉末床）技術(shù)
ExOne的金屬打印技術(shù)比較神秘，很多細(xì)節(jié)沒有公開。但從打印演示視頻和結(jié)果看和以上描述的幾項(xiàng)技術(shù)差不多。經(jīng)過打印和后續(xù)處理步驟后，鋼／銅物件被“滲透”，也就是將金屬擠壓至開孔中，因此密度能達(dá)到95％。它們能打印金，damascus patterning,等等。以下是ExOne公司發(fā)布的金屬3D打印從設(shè)計到完成的演示視頻：
#p#副標(biāo)題#e#
4. 激光凈形制造（Laser Engineered Net Shaping, LENS）技術(shù)
LENS技術(shù)由西班牙Sandia國家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)。是一種將高能激光束聚焦在沉積噴頭處，從而熔化金屬粉末并通過噴頭擠出的打印過程。因此LENS技術(shù)和前面幾種金屬打印技術(shù)比較后顯得非常獨(dú)特。這項(xiàng)技術(shù)除了制作新模型，同時也善于修補(bǔ)和在已有物件上二次添加新部件，因此應(yīng)用面更加廣泛。能打印不銹鋼，殷鋼，和鈦。
采用LENS技術(shù)的代表機(jī)型是來自Optomec公司的LENS 850R，以下是它的展示視頻：
#p#副標(biāo)題#e#
5. 電子束直接制造（Electron Beam Direct Manufacturing, EBDM )技術(shù)
EBDM技術(shù)是由美國Sciaky In.公司（美國Phillips Service Industries的子公司）于2009年開發(fā)的一種新技術(shù)。與之前介紹的電子熔融術(shù)（EBM）不同，而Sciaky公司的技術(shù)獨(dú)到之處則在于：它將打印材料直接送進(jìn)打印頭，用電子束在直接在機(jī)頭熔融并打印材料。所以EBDM技術(shù)可以說是一滴一滴的打印金屬物品的，其物品制作的精度和質(zhì)量都非常高，更關(guān)鍵在于它基本不產(chǎn)生任何廢料，節(jié)省了大量的原材料——考慮到金屬的價格，這對降低成本有非常大的作用。
(本文作者為"fangpian3",最初發(fā)表于fangpian3.com,該網(wǎng)站現(xiàn)與魔猴網(wǎng)合并為同一網(wǎng)站)
本文提到的3D打印材料簡介
具有良好的生物兼容性，適合做義齒等植入物
