3D打印可以使用金屬嗎？

2022-02-2711:04:51已關閉評論

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建和形成復雜結構的工藝，這些結構可能難以用其他技術制造。

金屬 3D 打印過程涉及直接燒結或熔化金屬粉末，或將它們與第二種材料結合以允許通過噴嘴進行輸送。它用于航空航天、機械工程、工具等領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或熔化安全地加工，但可以在通過噴嘴擠出進行 3D 打印時使用。木材、布料和紙張無法使用這些工藝進行 3D 打印。

也可以使用燒結（在高溫和極高壓力下在模具內成型）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。粉末床融合技術，包括直接金屬激光燒結 (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：

直接金屬激光燒結 (DMLS)

這種常用的方法是利用激光逐層燒結金屬粉末，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，包括醫療設備和儀器。

選擇性激光熔化 (SLM)

該過程涉及使用激光在惰性氣體環境中將粉末層內需要的材料熔化。這將逐層進行，以創建具有與鑄造產生的相似參數的對象。SLM 通常用于制造鋁和鈦零件，包括用于醫療、汽車和航空航天工業的零件。

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 被航空航天工業廣泛用于包括發動機部件在內的項目。

其他技術：

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

激光金屬沉積 (LMD)

LMD 用于航空航天、汽車和醫療行業，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建對象，并且比其他方法更快

選擇性激光燒結 (SLS)

與 DMLS 類似，該工藝也使用激光燒結粉末材料。它已被用于制造各種材料的物品，包括金屬。然而，現在它主要用于燒結塑料，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雜的原型

金屬注射成型

這種注塑成型和 3D 打印的結合被廣泛用于制造醫療和國防等行業的小型部件。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，蒸發任何剩余的粘合劑并將物體壓縮成致密的固體。然后可以根據需要完成對象。

3D金屬打印的優缺點是什么？

3D 金屬打印有許多優點和缺點，如下所示：

優點

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

缺點

為傳統制造設計的零件生產速度緩慢，使得大批量生產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 打印部件進行表面處理和后處理
提供比專業 CNC 加工更低的精度和公差
可能需要熱處理以減少 3D 打印物品的內應力，或在金屬中實現最大強度
3D 金屬零件的設計可能很復雜，需要專業 CAD 工程師的服務
零件的尺寸受 3D 打印機的構建體積限制

3D金屬打印的目的是什么？

該工藝的優缺點提供了對金屬 3D 打印目的的深入了解，表明它非常適合制造相對較小、復雜的零件，包括原型。它還可以促進傳統制造技術的加工，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合，該技術已在整個行業中得到應用，從帶有冷卻通道的插件到航空航天工業的輕質結構，再到用于高要求環境的復雜零件。典型用途包括功能齊全的原型制作、生產工具、模具或插件工具、外殼、管道系統、熱交換器和散熱器。?

當然，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：?能夠生產非常堅固、精確的零件，例如醫療植入物（例如髖關節）和其他堅固的固定裝置和物體

3D打印金屬貴嗎？

不同的 3D 打印技術針對不同材料和復雜性的行業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，這可能是生產運行總成本的很大一部分，以及勞動力、材料、準備和后處理。對高質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，成本可能高達數萬英鎊，盡管這些價格與類似尺寸的高質量數控機床相當。隨著技術和市場規模的提高，預計3D打印機的價格將會下降。?

除了材料和打印機的成本外，還有要創建的對象的設計成本。這可能需要購買專業軟件或聘請具有 3D 打印專業知識的 CAD 工程師的服務。當然，機器的操作和維護還有其他人工成本。?

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