3D打印可以使用金屬嗎？

2022-02-2711:04:51已關(guān)閉評論

是的，可以用金屬 3D 打印物品。有幾種制造工藝屬于金屬增材制造的范疇，但本文集中討論那些使用金屬粉末層來構(gòu)建和形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工藝，這些結(jié)構(gòu)可能難以用其他技術(shù)制造。

金屬 3D 打印過程涉及直接燒結(jié)或熔化金屬粉末，或?qū)⑺鼈兣c第二種材料結(jié)合以允許通過噴嘴進(jìn)行輸送。它用于航空航天、機械工程、工具等領(lǐng)域的快速原型制作和成品零件。

哪些金屬可用于 3D 打印？

多種不同的金屬可以粉末形式用于通過3D 打印制造零件。鈦、鋼、不銹鋼、鋁、銅、鈷鉻合金、鈦、鎢和鎳基合金都可以粉末形式用于 3D 打印，金、鉑、鈀和銀等貴金屬也是如此。

這些不同的金屬具有各種特性，使其適用于各種應(yīng)用。例如，不銹鋼具有出色的耐腐蝕性，使其成為打印管道、閥門和汽輪機零件的理想材料。

哪些金屬不能進(jìn)行 3D 打印？

從理論上講，只要有合適的粉末，任何金屬都可以用于 3D 打印。然而，在高溫下燃燒而不是熔化的材料不能通過燒結(jié)或熔化安全地加工，但可以在通過噴嘴擠出進(jìn)行 3D 打印時使用。木材、布料和紙張無法使用這些工藝進(jìn)行 3D 打印。

也可以使用燒結(jié)（在高溫和極高壓力下在模具內(nèi)成型）從金屬粉末中制造固體物品，對于那些熔點非常高的金屬，燒結(jié)是制造物品的唯一可靠方法從這些材料中。

哪些 3D 打印工藝可用于 3D 打印金屬？

如上所述，3D 打印金屬有多種技術(shù)。粉末床融合技術(shù)，包括直接金屬激光燒結(jié) (DMLS)、SLM（選擇性激光熔化）和 EBM（電子束熔化），是金屬增材制造中使用更廣泛的技術(shù)：

直接金屬激光燒結(jié) (DMLS)

這種常用的方法是利用激光逐層燒結(jié)金屬粉末，形成物體。該過程實際上不會熔化金屬，而是用于原型制作和制造成品零件，包括醫(yī)療設(shè)備和儀器。

選擇性激光熔化 (SLM)

該過程涉及使用激光在惰性氣體環(huán)境中將粉末層內(nèi)需要的材料熔化。這將逐層進(jìn)行，以創(chuàng)建具有與鑄造產(chǎn)生的相似參數(shù)的對象。SLM 通常用于制造鋁和鈦零件，包括用于醫(yī)療、汽車和航空航天工業(yè)的零件。

電子束熔化 (EBM)

這個過程類似于 SLM，不同之處在于使用電子束而不是激光來熔化材料。EBM 被認(rèn)為比 SLM 更快、更精確，通常用于用鈷和鈦制造物品。EBM 被航空航天工業(yè)廣泛用于包括發(fā)動機部件在內(nèi)的項目。

其他技術(shù)：

還有其他技術(shù)可以或已經(jīng)用于 3D 打印金屬，盡管這些技術(shù)的使用不如 DMLS、SLM 或 EBM 廣泛：

激光金屬沉積 (LMD)

LMD 用于航空航天、汽車和醫(yī)療行業(yè)，通過將加熱的金屬逐層沉積在金屬基材上來制造物體。LMD 允許使用不同的材料來構(gòu)建對象，并且比其他方法更快

選擇性激光燒結(jié) (SLS)

與 DMLS 類似，該工藝也使用激光燒結(jié)粉末材料。它已被用于制造各種材料的物品，包括金屬。然而，現(xiàn)在它主要用于燒結(jié)塑料，如聚酰胺和尼龍

粘合劑噴射

該工藝使用一種特殊的液體來粘合粉末材料，并且比 DMLS、SLM 或 EBM 便宜。此過程提供的精度和強度并不完美，通常需要進(jìn)行后處理。熱等靜壓可用于提高成品的強度和堅固性，但這會增加成本。粘合劑噴射通常用于制造大型和復(fù)雜的原型

金屬注射成型

這種注塑成型和 3D 打印的結(jié)合被廣泛用于制造醫(yī)療和國防等行業(yè)的小型部件。該工藝通過將金屬粉末與熱塑性塑料和蠟粘合劑混合來工作。加熱該混合物直到粘合劑熔化并覆蓋粉末，然后將其制成顆粒。在去除粘合劑材料之前，將這些顆粒加熱并注入空腔以形成物體，通常通過溶劑萃取。然后將零件燒結(jié)，蒸發(fā)任何剩余的粘合劑并將物體壓縮成致密的固體。然后可以根據(jù)需要完成對象。

3D金屬打印的優(yōu)缺點是什么？

3D 金屬打印有許多優(yōu)點和缺點，如下所示：

優(yōu)點

比傳統(tǒng)制造方法更容易制造形狀復(fù)雜的物品
比某些零件的許多傳統(tǒng)制造方法便宜
能夠產(chǎn)生精確和高度詳細(xì)的對象
由于可以在組裝時包含細(xì)節(jié)，因此與更傳統(tǒng)的制造方法相比，它可以節(jié)省時間和金錢
可以創(chuàng)建復(fù)雜的形式來創(chuàng)建更輕的物體而不犧牲強度，使 3D 金屬打印成為汽車、航空航天和太空應(yīng)用的理想選擇
材料浪費極少
可以將復(fù)雜組件的多個零件組合成一個組件，從而減少零件數(shù)量和裝配成本

缺點

為傳統(tǒng)制造設(shè)計的零件生產(chǎn)速度緩慢，使得大批量生產(chǎn)僅在成本方面沒有競爭力
粉末金屬材料比非粉末金屬（例如鋼坯或棒材）更昂貴
金屬 3D 打印機可能很昂貴
可能需要對 3D 打印部件進(jìn)行表面處理和后處理
提供比專業(yè) CNC 加工更低的精度和公差
可能需要熱處理以減少 3D 打印物品的內(nèi)應(yīng)力，或在金屬中實現(xiàn)最大強度
3D 金屬零件的設(shè)計可能很復(fù)雜，需要專業(yè) CAD 工程師的服務(wù)
零件的尺寸受 3D 打印機的構(gòu)建體積限制

3D金屬打印的目的是什么？

該工藝的優(yōu)缺點提供了對金屬 3D 打印目的的深入了解，表明它非常適合制造相對較小、復(fù)雜的零件，包括原型。它還可以促進(jìn)傳統(tǒng)制造技術(shù)的加工，降低成本并縮短交貨時間。?

通過將 3D 打印的靈活性與金屬的機械性能相結(jié)合，該技術(shù)已在整個行業(yè)中得到應(yīng)用，從帶有冷卻通道的插件到航空航天工業(yè)的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，再到用于高要求環(huán)境的復(fù)雜零件。典型用途包括功能齊全的原型制作、生產(chǎn)工具、模具或插件工具、外殼、管道系統(tǒng)、熱交換器和散熱器。?

當(dāng)然，不同的金屬適合打印不同的物體，例如：

不銹鋼：?由于卓越的耐腐蝕性，非常適合與腐蝕性液體、水或蒸汽接觸的物體
青銅：?泵葉輪和船用螺旋槳、固定裝置和更多裝飾物品，如花瓶
黃金：?可用于打印珠寶
鎳：?可用于打印渦輪發(fā)動機零件甚至硬幣
鋁：?金屬物體的理想選擇，尤其是需要輕量化的地方，例如機身零件
鈦：?能夠生產(chǎn)非常堅固、精確的零件，例如醫(yī)療植入物（例如髖關(guān)節(jié)）和其他堅固的固定裝置和物體

3D打印金屬貴嗎？

不同的 3D 打印技術(shù)針對不同材料和復(fù)雜性的行業(yè)使用不同的解決方案，這意味著金屬 3D 打印的成本可能會有很大差異。然而，大部分成本來自 3D 打印機，這可能是生產(chǎn)運行總成本的很大一部分，以及勞動力、材料、準(zhǔn)備和后處理。對高質(zhì)量粉末材料的要求也增加了 3D 金屬打印的成本，因為它們比相同數(shù)量的非粉末金屬更昂貴。?

如前所述，打印機價格可能很高，成本可能高達(dá)數(shù)萬英鎊，盡管這些價格與類似尺寸的高質(zhì)量數(shù)控機床相當(dāng)。隨著技術(shù)和市場規(guī)模的提高，預(yù)計3D打印機的價格將會下降。?

除了材料和打印機的成本外，還有要創(chuàng)建的對象的設(shè)計成本。這可能需要購買專業(yè)軟件或聘請具有 3D 打印專業(yè)知識的 CAD 工程師的服務(wù)。當(dāng)然，機器的操作和維護(hù)還有其他人工成本。?

最后，還有與打印部件后處理相關(guān)的成本。這可以包括清潔、熱處理、去除支撐結(jié)構(gòu)和在表面上涂敷涂層。