金属3D打印技术

金属3D打印技术3DMetal3DprintingtechnologyXX大学增材制造学院XXX

01/概述02/粉末床熔合工艺03/材料喷射工艺04/直接能量沉积工艺05/材料挤压工艺06/其它成型工艺目录CONTENTS概述1PARTONE金属3D打印学术界和产业界普遍认为金属3D打印为现代制造业的重要发展方向。金属3D打印被认为是所有3D打印的顶点。谈到强度和耐用性，没有什么能比得上金属。金属3D打印材料材料是3D打印技术的重要物质基础。一方面，不同原理的打印工艺、不同产品的应用场景决定了具体材料的选择；另一方面，一旦选定了材料，也就决定了所使用的打印工艺和由此而带来的工艺限制。ABC球状金属粉末粉末金属粉末和有机物混合制成的丝状材料线材金属粉末和粘结剂混合制成的颗粒状材料颗粒金属3D打印材料按形态分类D金属的超细粉末、添加物和有机载体组成的一种膏状物浆料1、工具钢和马氏体钢2、不锈钢奥氏体不锈钢316L、马氏体不锈钢15-5PH、马氏体不锈钢17-4PH。3、合金应用最为广泛的合金主要有纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金、铜基合金等。

金属3D打印材料的应用领域相当广泛，例如，石化工程应用、航空航天、汽车制造、注塑模具、轻金属合金铸造、食品加工、医疗、造纸、电力工业、珠宝、时装等。金属3D打印材料按成分分类工艺分类按成型方式的不同可以简单分为两类间接金属3D打印直接金属3D打印直接通过熔融将金属粉末或线材变成紧密结合的整体。直接金属激光烧结DMLS

选择性激光熔化SLM电子束熔化EBM激光近净成型LENS电子束增材制造EBAM间接非直接烧结成型，需要经过脱脂，烧结等辅助工艺的技术称之为“间接金属3D打印”。粘结剂喷射BJ熔融沉积FDM纳米颗粒喷射NPJ光固化成型SLA立体喷墨打印3DP工艺分类金属3D打印技术主要有4类直接金属激光烧结DMLS

选择性激光熔化SLM电子束熔化EBM粉末床熔合材料喷射直接能量沉积材料挤压纳米颗粒喷射NPJ粘结剂喷射BJ立体喷墨打印3DP激光近净成型LENS电子束增材制造EBAM熔融沉积FDM熔丝制造FFF粉末床熔合工艺2PARTONE粉末床熔合工艺通过金属粉末的层层铺设，配合能量源的照射层层固化形成需要的零件。目前最为普遍的一种成型工艺。直接金属激光烧结DMLS激光缓慢而稳定地穿过表面以烧结这种粉末，金属内部颗粒融合在一起，即使没有被加热到完全熔化状态。然后施加并烧结额外的粉末层，从而一次“打印”物体的一个横截面。DMLS的主要优点是它生产的物体没有残留应力和内部缺陷，而主要缺点是非常昂贵。选择性激光熔化SLM使用高功率激光将每一层金属粉末完全熔化，而不仅仅是烧结，这样产生的打印物体非常致密和坚固。SLM制造过程中出现的高温梯度也会导致最终产品内部出现应力和错位，从而损害物理性能。电子束熔化EBM与选择性激光熔化非常相似，能够生成致密的金属结构。这两种技术的区别在于EBM使用电子束而不是激光来熔化金属粉末。材料喷射工艺3PARTONE材料喷射工艺材料微滴被选择性地喷射出来，逐层固化形成需要的实体。纳米颗粒喷射NPJ通过金属粉末的层层铺设，配合能量源的照射层层固化形成需要的零件。目前最为普遍的一种成型工艺。粘结剂喷射BJ往粉末材料喷射粘合剂，一层一层地沉积堆叠起来，打印成型零件；清粉操作后，移到高温炉里进行脱脂和烧结，即可得到想要的零件。粘结剂喷射金属3D打印技术，与SLM工艺相比速度更快。代表厂家有DM、HP、Exone、3DEO、Markforged粘结剂喷射BJ直接能量沉积工艺4PARTONE直接能量沉积工艺直接能量沉积DED是通过在沉积粉末材料时将其熔化来制造零件。它主要用于金属粉末或金属丝，通常称为金属沉积。激光近净成型LENS金属粉末以一定的供粉速度送入激光聚焦区域内，快速熔化凝固，通过点、线、面的层层叠加，最后得到近净形的零件实体，成形件不需要或者只需少量加工即可使用。激光近净成型LENS金属粉末以一定的供粉速度送入激光聚焦区域内，快速熔化凝固，通过点、线、面的层层叠加，最后得到近净形的零件实体，成形件不需要或者只需少量加工即可使用。电弧增材制造WAAM通过等电弧能量熔化金属，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。德国GEFERTEC电弧熔丝增材制造电子束增材制造EBAM电子束增材制造用于使用金属粉末或金属丝制造金属零件，并使用电子束作为热源焊接在一起。材料挤压工艺5PARTONE熔融沉积建模FDM/熔丝制造FFF

把含金属的丝材熔融挤出制作想要的零件，再通过烧结或溶解去除粘结剂，形成金属零件。熔融沉积建模FDM/熔丝制造FFF典型代表纵维立方、升华三维、美国Markforged、奥地利EVO-techEVO-lizer3D4MaxMetalUPS-556MetalX其他成型工艺6PARTONE金属注射成型MIM将金属粉末与粘结剂，制成具有流变特性的混合材料，通过注射机注入模具型腔成型出零件毛坯，毛坯件经过脱除粘结剂和高温烧结后，即可得到各种金属零部件。是一种近净成形工艺。焦耳打印JoulePrintingDigitalAlloys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。DLP金属打印DLPmetalprinting

类似于光固化3D打印中的DLP工艺，材料换成了金属浆料，具有较快的成型速度和较高的表面质量。DLP金属打印DLPmetalprinting

类似于光固化3D打印中的DLP工艺，材料换成了金属浆料，具有较快的成型速度和较高的表面质量。超声波固结UAM通过频率高达20,000Hz的超声波施加在金属片上，借助超声波的振荡能量使两个需焊接的表面摩擦，构成分子层间的熔合，然后以同样的原理逐层连续地焊接金属片，并同时通过机械加工来实现精细的三维形状，从而形成坚实的金属物体。AM的技术优势

低温是其最大技术优势，整个打印过程的初始温度是150°C，焊接过程中摩擦和塑性变形的产热可使局部温度达到200°C左右，

UAM技术可将多种金属材料连接在一起，还可以将传感器、合金纤维等那些对温度敏感的低熔点材料或电子器件嵌入其中。

大尺寸。除了低温，该技术还拥有优于其他金属打印技术的工件尺寸，用UAM打印工件的尺寸最大可达6x6x3英尺，且加工出来的工件表面光洁度较高，这还要得益于UAM增材中加入了数控减材加工工序

高速。超声波3D打印机的速度能达到100mm³/s，且不会影响其打印精度。超声波固结UAM冷喷涂金属打印（ColdSprayMetalPrinting）工艺气体被放入压力高达50bar的喷枪中，并加热到最高1100°C。随后，使工艺气体加速至超音速，同时将气体冷却至温度低于100°C