金属3D打印工艺：SLM和DED，激光之外大有可为

由于技术的快速进步，金属3D打印近年来大幅增长。许多创新型初创公司和供应商提出了新的且越来越实惠的金属3D打印工艺，以及越来越多的兼容材料。

最早的金属3D打印专利是DMLS（直接金属激光烧结），由EOS（2024 TCT展位号：8E30）在20世纪90年代申请了专利。与此同时，弗劳恩霍夫激光技术研究所于1995年推出了选择性激光熔化（SLM）技术。该技术利用激光作为热源，通过精确控制激光束的移动和金属粉末的分布，逐层熔化并固化金属粉末，从而制造出三维的金属零件。

工作原理

激光束的移动:在SLM过程中，激光束由计算机数控(CNC)系统控制，按照预先设计好的路径在金属粉末床上移动。
金属粉末的选择性熔化:激光束聚焦在金属粉末的特定区域，产生足够的热量将粉末熔化。这种熔化是高度选择性的，意味着只有激光照射到的地方才会熔化。
逐层制造:每熔化一层金属粉末后，工作台会下降一个层厚的距离，然后新的一层金属粉末被铺展在已固化的层上。激光束再次扫描，熔化新的一层，与下面已固化的层结合在一起。
固化形成型面: 通过重复上述过程，金属粉末被逐层熔化并固化，最终形成三维零件的每一个截面。
完成零件制造:当所有设计层都被熔化并固化后，就完成了整个零件的制造。剩余的未熔化粉末可以被回收并重新使用。

致力于成为全球领先的增材技术解决方案提供商铂力特（展位号：7H15）的BLT-S1500设备成形尺寸为1500mm×1500mm×1200mm，配备26激光器。BLT-S1500采用动态铺粉策略，可实现多段自动变速，提高铺粉效率；搭载的BLT-BP，可实现大尺寸零件一次性高效剖分，缩短打印前的剖分时间和准备时间，提高打印效率。BLT-S1500可实现多光分区优化，兼顾打印质量和打印效率。二十六激光光斑尺寸、能量密度一致，激光功率偏差≤±5W，光斑尺寸偏差不超过5%。

设备各区域力学性能、粗糙度一致性高，零件成形质量高。BLT-S1500对光学精度方案进行了整体优化，拼接精度可达±0.05mm，可保持3个月以上的稳定性。配置的粉末自动循环系统，解决了大尺寸多激光设备生产时间长，粉末流转节奏快的问题，能满足各领域大、中尺寸零部件的组合制造，大尺寸零部件的小批量生产，中小尺寸零件的快速批量生产。


BLT-S1500出品的工程化应用案例航空发动机零部件中介机匣具有“大”、“优”、“特”、“精”的特点。中介机匣是航空发动机上重要的承力构件，直接影响着航空发动机的性能。铂力特打印的中介机匣为钛合金材料，外形尺寸Φ1350mm×205mm，零件整体壁厚仅2mm左右，机匣壁面贴附自成形加强筋结构，在保证整体强度的同时实现轻量化，成形零件质量性能满足航空严苛环境要求。


华曙高科（展位号：7H05）FS811M 成形缸尺寸为840mm×840mm×960mm（含成形基板厚度），体积大于670升，可配备500W×6/8/10/12光纤激光器，并配置独立的振镜冷却 系统提升稳定性，满足航空航天领域大、中尺寸零部件的组合制造及批量生产需求。采用华曙高科自主研发优化搭接策略+多激光智能校准系统，多激光校准精度控制在±0.05mm以内，确保工件成品率超90%。全新风场设计，采用多孔大幅面上层吹风口，确保多激光大幅面成形过程飞溅无残留，实现高效稳定打印。采用全惰性气体保护环境下的全自动闭 环送粉、清粉系统，确保粉末材料长时间连续供应。

希禾增材（展位号：8A15）绿激光金属3D打印机XH-M160G/XH-M350G，成型尺寸160*160*200mm/350*350*500mm，采用自研单模连续绿光光纤激光器，功率500W/750W/1000W，具有细小光斑、高吸收率、少飞溅、工艺窗口宽等特点，特别适合打印纯铜、铜合金、贵金属、难熔金属等特殊材料，可打印0.06-0.08mm的精细结构、表面质量更好。


湖南云箭（展位号：8B05）VM400金属增材制造系统是针对中小型金属零件加工制造而定制开发的SLM金属3D打印设备，该设备延续了公司多年来在金属增材制造研发领域的大量积累，在运行稳定性、打印精度、烟尘过滤、成型质量及效率上均有优异的表现。同时，设备还在多项功能的设计上进行了创新，拥有创新性的全自动闭环粉末循环系统（简称：PCS）、空气循环系统（简称：GCS）和智能操作系统。

易加三维（展位号：7F15）EP-M300 采用金属粉末床熔化技术，成型室尺寸可达305*305*450mm³、尺寸精度高、致密度近乎100%、采用单双激光选配模式，打印效率快，优化风场结构，可打印模具钢、铝合金、不锈钢、钛合金、高温镍基合金、钴铬钼等材料，适于航空航天、模具等领域高精度、高性能零部件的直接制造。


此外，另一种金属3D打印主流技术——定向能量沉积（DED），这是一种更为复杂的3D打印工艺，通常用于修复现有部件或为其添加额外材料。使用该技术完全可以从零开始制造部件，但它通常用于工业应用，如修复损坏的涡轮叶片或螺旋桨。

定向能沉积技术使用激光或电子束等聚焦能源来熔化材料。不过，材料在被喷嘴沉积的同时也被熔化了。在某种程度上，该技术处于材料挤压和粉末床熔融的前沿。这项技术通常还有其他名称，如激光近净成型（LENS）、金属粉末应用（MPA）、电弧增材制造（WAAM）等。


“老牌”电弧增材企业英尼格玛（展位号：7E26）在电弧增材制造方案的研发之路上高奏凯歌，继可实现全数字化过程质量监控及追溯的新一代生产力型智能电弧增材制造单元ArcMan P1800之后，现全新推出智能化原位增减复合制造单元ArcMan M500、超大型模块化扩展电弧增材装备ArcMan V/H系列，针对不同领域不同应用场景，为客户提供面向实际生产的智能化解决方案。


Laser One（L1）是融速科技（展位号：8F70）自主研发的DED激光送丝增材制造装备。L1瞄准工业自动化增材制造，搭载自研VEAM六激光同轴送丝打印系统，独立调节每束激光，确保能量分布更均匀，沉积效率高达1kg/h。L1打印成品粗糙度最高可达5μm，高于电弧增材100倍。配置AMlens蓝光熔池相机，熔池动态纤毫毕现，保证打印过程稳定；一体化设计实现水-气-丝-光-电全链路超级集成，小型轻量，安装灵活。采用融速科技自主研发的全闭环精密送丝系统，送丝全程稳定丝滑，兼容0.8—1.2mm直径丝材，且丝材利用率100%，真正实现无损耗加工。L1以更开放、更安全、更经济、易操作等优势，为用户提供增材创新解决方案。


此外，融速科技将带来最新发布的工业级六激光送丝增材制造产品系列——Robo L1。

中科煜宸（展位号：7H50）在2023年TCT亚洲展现场也展示过LDM16R-D，该设备整机体积小巧，运行及维护成本低，适用于航空航天、汽车、科研等众多领域开展叶片等小型件金属精密3D增材打印修复、新材料/新工艺开发等。设备可选环形送粉或光内送粉精细熔覆头，其中光内送粉技术具备变焦变光斑功能，适用变壁厚叶片修复。

设备配置了自主开发的新一代智能运维软件RC-Argus3.0，可实现设备运行状态监视、设备故障自诊断、历史数据查询、权限分级管理等功能，可对熔覆过程中主要参数进行监控并实时记录和显示，形成监控的主要指标内容记录文件。


金属3D打印是增材制造中增长最快的领域之一。从2015年首届TCT亚洲展现场，只有一台金属打印机，到2018年（第三届TCT亚洲展）现场有了令人印象深刻的65台金属增材制造机器，再到如今100多家国内外金属厂家争奇斗艳。

2024年TCT亚洲展汇聚全球400多家增材制造企业，其中金属设备企业包括：铂力特、华曙高科、汉邦科技、易加三维、EOS、HP、3D Systems、武汉易制、希禾增材、西帝摩、海天增材、中瑞、康硕集团、清研智束、正向增材、永年激光、纵横增材、联泰科技、升华三维、鑫精合&镭明、航天增材、中国钢研、西空智造、倍丰科技、金石三维、中航迈特、中科煜宸、永年激光、山东雷石、Optomec等。更多金属3D打印解决方案，欢迎来到现场感受！