是的,可以用金属 3D 打印物品。有几种制造工艺属于金属增材制造的范畴,但本文集中讨论那些使用金属粉末层来构建和形成复杂结构的工艺,这些结构可能难以用其他技术制造。

金属 3D 打印过程涉及直接烧结或熔化金属粉末,或将它们与第二种材料结合以允许通过喷嘴进行输送。它用于航空航天、机械工程、工具等领域的快速原型制作和成品零件。

3D打印可以使用金属吗?

哪些金属可用于 3D 打印?

多种不同的金属可以粉末形式用于通过3D 打印制造零件。钛、钢、不锈钢、铝、铜、钴铬合金、钛、钨和镍基合金都可以粉末形式用于 3D 打印,金、铂、钯和银等贵金属也是如此。

这些不同的金属具有各种特性,使其适用于各种应用。例如,不锈钢具有出色的耐腐蚀性,使其成为打印管道、阀门和汽轮机零件的理想材料。

哪些金属不能进行 3D 打印?

从理论上讲,只要有合适的粉末,任何金属都可以用于 3D 打印。然而,在高温下燃烧而不是熔化的材料不能通过烧结或熔化安全地加工,但可以在通过喷嘴挤出进行 3D 打印时使用。木材、布料和纸张无法使用这些工艺进行 3D 打印。

也可以使用烧结(在高温和极高压力下在模具内成型)从金属粉末中制造固体物品,对于那些熔点非常高的金属,烧结是制造物品的唯一可靠方法从这些材料中。

哪些 3D 打印工艺可用于 3D 打印金属?

如上所述,3D 打印金属有多种技术。粉末床融合技术,包括直接金属激光烧结 (DMLS)、SLM(选择性激光熔化)和 EBM(电子束熔化),是金属增材制造中使用更广泛的技术:

直接金属激光烧结 (DMLS)

这种常用的方法是利用激光逐层烧结金属粉末,形成物体。该过程实际上不会熔化金属,而是用于原型制作和制造成品零件,包括医疗设备和仪器。

选择性激光熔化 (SLM)

该过程涉及使用激光在惰性气体环境中将粉末层内需要的材料熔化。这将逐层进行,以创建具有与铸造产生的相似参数的对象。SLM 通常用于制造铝和钛零件,包括用于医疗、汽车和航空航天工业的零件。

电子束熔化 (EBM)

这个过程类似于 SLM,不同之处在于使用电子束而不是激光来熔化材料。EBM 被认为比 SLM 更快、更精确,通常用于用钴和钛制造物品。EBM 被航空航天工业广泛用于包括发动机部件在内的项目。

其他技术:

还有其他技术可以或已经用于 3D 打印金属,尽管这些技术的使用不如 DMLS、SLM 或 EBM 广泛:

激光金属沉积 (LMD)

LMD 用于航空航天、汽车和医疗行业,通过将加热的金属逐层沉积在金属基材上来制造物体。LMD 允许使用不同的材料来构建对象,并且比其他方法更快

选择性激光烧结 (SLS)

与 DMLS 类似,该工艺也使用激光烧结粉末材料。它已被用于制造各种材料的物品,包括金属。然而,现在它主要用于烧结塑料,如聚酰胺和尼龙

粘合剂喷射

该工艺使用一种特殊的液体来粘合粉末材料,并且比 DMLS、SLM 或 EBM 便宜。此过程提供的精度和强度并不完美,通常需要进行后处理。热等静压可用于提高成品的强度和坚固性,但这会增加成本。粘合剂喷射通常用于制造大型和复杂的原型

金属注射成型

这种注塑成型和 3D 打印的结合被广泛用于制造医疗和国防等行业的小型部件。该工艺通过将金属粉末与热塑性塑料和蜡粘合剂混合来工作。加热该混合物直到粘合剂熔化并覆盖粉末,然后将其制成颗粒。在去除粘合剂材料之前,将这些颗粒加热并注入空腔以形成物体,通常通过溶剂萃取。然后将零件烧结,蒸发任何剩余的粘合剂并将物体压缩成致密的固体。然后可以根据需要完成对象。

3D金属打印的优缺点是什么?

3D 金属打印有许多优点和缺点,如下所示:

优点

  1. 比传统制造方法更容易制造形状复杂的物品
  2. 比某些零件的许多传统制造方法便宜
  3. 能够产生精确和高度详细的对象
  4. 由于可以在组装时包含细节,因此与更传统的制造方法相比,它可以节省时间和金钱
  5. 可以创建复杂的形式来创建更轻的物体而不牺牲强度,使 3D 金属打印成为汽车、航空航天和太空应用的理想选择
  6. 材料浪费极少
  7. 可以将复杂组件的多个零件组合成一个组件,从而减少零件数量和装配成本

缺点

  1. 为传统制造设计的零件生产速度缓慢,使得大批量生产仅在成本方面没有竞争力
  2. 粉末金属材料比非粉末金属(例如钢坯或棒材)更昂贵
  3. 金属 3D 打印机可能很昂贵
  4. 可能需要对 3D 打印部件进行表面处理和后处理
  5. 提供比专业 CNC 加工更低的精度和公差
  6. 可能需要热处理以减少 3D 打印物品的内应力,或在金属中实现最大强度
  7. 3D 金属零件的设计可能很复杂,需要专业 CAD 工程师的服务
  8. 零件的尺寸受 3D 打印机的构建体积限制

3D金属打印的目的是什么?

该工艺的优缺点提供了对金属 3D 打印目的的深入了解,表明它非常适合制造相对较小、复杂的零件,包括原型。它还可以促进传统制造技术的加工,降低成本并缩短交货时间。 

通过将 3D 打印的灵活性与金属的机械性能相结合,该技术已在整个行业中得到应用,从带有冷却通道的插件到航空航天工业的轻质结构,再到用于高要求环境的复杂零件。典型用途包括功能齐全的原型制作、生产工具、模具或插件工具、外壳、管道系统、热交换器和散热器。 

当然,不同的金属适合打印不同的物体,例如:

  • 不锈钢: 由于卓越的耐腐蚀性,非常适合与腐蚀性液体、水或蒸汽接触的物体
  • 青铜: 泵叶轮和船用螺旋桨、固定装置和更多装饰物品,如花瓶
  • 黄金: 可用于打印珠宝
  • 镍: 可用于打印涡轮发动机零件甚至硬币
  • 铝: 金属物体的理想选择,尤其是需要轻量化的地方,例如机身零件
  • 钛: 能够生产非常坚固、精确的零件,例如医疗植入物(例如髋关节)和其他坚固的固定装置和物体

3D打印金属贵吗?

不同的 3D 打印技术针对不同材料和复杂性的行业使用不同的解决方案,这意味着金属 3D 打印的成本可能会有很大差异。然而,大部分成本来自 3D 打印机,这可能是生产运行总成本的很大一部分,以及劳动力、材料、准备和后处理。对高质量粉末材料的要求也增加了 3D 金属打印的成本,因为它们比相同数量的非粉末金属更昂贵。 

如前所述,打印机价格可能很高,成本可能高达数万英镑,尽管这些价格与类似尺寸的高质量数控机床相当。随着技术和市场规模的提高,预计3D打印机的价格将会下降。 

除了材料和打印机的成本外,还有要创建的对象的设计成本。这可能需要购买专业软件或聘请具有 3D 打印专业知识的 CAD 工程师的服务。当然,机器的操作和维护还有其他人工成本。 

最后,还有与打印部件后处理相关的成本。这可以包括清洁、热处理、去除支撑结构和在表面上涂敷涂层。

结论

使用金属进行 3D 打印或增材制造,可以制造出与普通金属物体几乎相同强度的零件。 

虽然它可能很昂贵并且不适合替代传统制造以大批量生产标准物品,但它非常适合制造更小、更复杂的物品。金属 3D 打印还有助于减轻航空航天和汽车等行业中使用的零件的重量。

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