答案是肯定的,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。
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。
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。
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:
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。
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。
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。
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:
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
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
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
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 金属打印有许多优点和缺点,如下所示:
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。
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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