温故而知新，详解几种常见的金属3D打印技术(2)

直接能量沉积（Direct Energy Deposition）

常用工艺：DED（直接金属沉积）、WAAM（电弧增材制造）、LMD（激光材料沉积）

描述：这种方法通过挤压金属，无论是金属粉末还是金属丝，然后立即受到高能量的撞击（可以通过等离子弧、激光或电子束实现熔化）。能量熔化金属，熔池立即下降到3D空间，通过机械臂进行位置操作。它与焊接非常相似，因此主要应用之一是修复现有金属零件并增加零件的功能性。

技术优点：金属丝是最实惠的金属3D打印材料形式，有些机器甚至可以使用两种不同的金属粉末来制造合金和材料梯度。5轴和6轴运动可以在不使用支撑材料的情况下生产模型。可以修复损坏的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。

技术缺点：零件表面质量较差，通常需要机加工和精加工，小细节很难或不可能实现。机械和操作成本高。

△激光金属沉积(LMD)

金属材料挤压（Metal Material Extrusion）

常用工艺：FDM（熔融沉积建模）/FFF（熔丝制造）

描述：这项技术专为使廉价金属3D打印而创建，可用于中小型企业。设计工作室、机械车间和小型制造商使用金属材料挤压机来迭代设计、创建夹具和固定装置，并完成小批量生产。领域的最新发展是金属丝，可在大多数桌面FDM3D打印机中使用，使几乎每个人都可以使用金属3D打印。金属材料挤压的工作原理：

1) 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。

2) 清洗3D打印部件，去除一些粘合剂。

3) 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：零件必须经过与粘合剂喷射零件相同的脱脂和烧结过程。需要对几何形状和支撑进行更多限制以防止翘曲，且零件具有高孔隙率，无法达到锻造金属相同的机械性能。零件不像使用PBF或DED那样致密，而且炉内收缩不太准确。

△MarkforgedMetal X 3D打印机的样品零件 [图片来源：Markforged]

其他金属3D打印工艺

焦耳打印（Joule Printing）：Digital Alloys的焦耳打印看起来很像DED，但金属丝是利用电流熔化，而不是用电弧或光束加热。这使得打印速度更快，目前已经证明每小时可打印多达2公斤的钛。

液态金属增材制造（Liquid Metal AdditiveManufacturing）：Vader Systems 创建了液态金属增材制造技术，将1200°C的液态金属液滴以类似于喷墨打印机的方式沉积。

电化学沉积（Electrochemical Deposition）：Exaddon的CERES纳米级金属3D打印机，可以使用电化学沉积制造比人类头发宽度还小的金属物体。

DLP金属打印（DLP metalprinting）：ADMATEC和Prodways提供金属DLP打印。类似于金属材料挤出，金属粉末与光聚合物树脂混合，3D打印部件必须经过相同的脱脂和烧结过程，就像金属材料挤压方法一样。

冷喷涂金属打印（Cold Spray Metal Printing）：冷喷涂金属打印最初被美国宇航局用于太空中建造金属物体。主要特点是快（每小时6公斤的铝或铜），缺点是不是那么准确。澳大利亚公司Titomic和SPEE3D是这项技术的领跑者。

超声波固结（UAM）：使用声音将薄薄的金属箔层粘合在一起，在粘合下一层箔之前加工掉每一层的多余部分，因此它是增材制造和减材制造的结合。Fabrisonic的 SonicLayer 3D 打印机系列使用了这项技术。

激光工程净成型（LENS）：是一种基于激光的方法，需要一个非常可控的环境。这种工艺需要一个密封室，通常使用氩气清除氧气，使氧化水平尽可能低。LENS激光器的功率范围从500W到4kW。可用于加工钛、不锈钢和铬镍铁合金。尽管维护无氧室存在困难，但LENS为用户提供了更好的精确度和控制。

电子束自由形式制造（EBF3）：最初由NASA开发，是一种主要用于航空航天工业的方法。这种方法可以在不浪费任何材料的情况下制作出复杂几何形状，并且能够创造出轻量级形状以促进燃料节约。

△DigitalAlloys的焦耳3D打印工艺。图片来源：Digital Alloys

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