金屬3D打印技術(shù)小盤點(diǎn)
魔猴君 知識堂 4231天前
3D打印金屬是近年來發(fā)展很快的一個(gè)方向，也是各國都樂意花大力氣扶持的一個(gè)方向。目前，不少金屬3D打印機(jī)都已經(jīng)能生產(chǎn)非常堅(jiān)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)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?。?，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(gè)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(jì)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(gè)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(jì)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(shí)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(jià)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
