金屬增材制造是增材制造技術(shù)（3D打?。┳钪匾囊粋€(gè)分支。是以金屬粉末/絲材為原料，以高能束（激光/電子束/電弧/等離子束等）作為刀具，以計(jì)算機(jī)三維CAD數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用離散－堆積的原理，在軟件與數(shù)控系統(tǒng)的控制下將材料熔化逐層堆積，來制造高性能金屬構(gòu)件的新型制造技術(shù)。
金屬增材制造技術(shù)工作原理
激光選區(qū)熔化技術(shù)SLM
激光選區(qū)熔化技術(shù)（Selective Laser Melting，SLM）是由粉床選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)（SLS）發(fā)展而來，以金屬粉末為加工原料，采用高能密度激光束將鋪灑在金屬基板上的粉末逐層熔覆堆積，從而形成金屬零件的制造技術(shù)。
電子束選區(qū)熔化技術(shù)EBSM
電子束選區(qū)熔化技術(shù)（Electron Beam Selective Melting，EBSM）的原理與SLM類似，只不過EBSM是在真空環(huán)境中，以電子束作為輸出熱源。相比激光，電子束更容易獲得，可以相應(yīng)的降低部分加工成本，同時(shí)真空的工作環(huán)境也可以有效保證鈦合金和鋁合金在內(nèi)的很多活潑金屬在加熱過程中不易被氧化。
激光立體成形技術(shù)LSF
激光立體成形技術(shù)（(Laser Solid Forming，LSF）是通過快速成型技術(shù)和激光熔覆技術(shù)有機(jī)結(jié)合，利用高能量激光束將與光束同軸噴射或側(cè)向噴射的金屬粉末直接熔化為液態(tài)，通過運(yùn)動(dòng)控制，將熔化后的液態(tài)金屬按照預(yù)定的軌跡堆積凝固成形，獲得從尺寸和形狀上非常接近于最終零件的“近形”制件。
電子束熔絲沉積技術(shù)EBFF
電子束熔絲沉積技術(shù)(ElectronBeamFreeformFabrication，EBFF)，是電子束焊接技術(shù)(EBM)和快速成形思想結(jié)合的產(chǎn)物。在真空環(huán)境中，高能量密度的電子束轟擊金屬表面，在前一沉積層或基材上形成熔池，金屬絲材受電子束加熱融化形成熔滴。隨著工作臺(tái)的移動(dòng)，使熔滴沿著一定的路徑逐滴沉積進(jìn)入熔池，熔滴之間緊密相連，從而形成新的沉積層，層層堆積，直至制造出金屬零件或毛坯。
電孤增材制造技術(shù)WAAM
電弧增材制造技術(shù)（Wire ArcAdditive Manufacture，WAAM）是以熔化極惰性氣體保護(hù)焊接（MIG）、鎢極惰性氣體保護(hù)焊接（TIG）以及等離子體焊接電源（PA）等焊機(jī)產(chǎn)生的電弧為熱源，通過金屬絲材的添加， 在程序的控制下， 按設(shè)定成形路徑在基板上堆積層片，層層堆敷直至金屬零件近凈成形。
五種金屬增材制造技術(shù)對(duì)比
金屬增材制造材料
鈦合金
金屬增材制造技術(shù)中率先被研究和廣泛應(yīng)用的合金材料，具有密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性、高溫力學(xué)性能優(yōu)良及生物相容性等特點(diǎn)。最典型的是TC4鈦合金，適合于激光束/電子束快速成形工藝，主要用于航空框架、梁、接頭、葉片等部件上。
鎳合金
高溫合金的一種，是以鎳為基添加適宜的元素，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力環(huán)境下長期工作的一類金屬材料，具有耐高溫性、良好的的抗熱腐蝕和抗氧化性能等，主要用于高性能發(fā)動(dòng)機(jī)。
鋼
合金材料中最大的一個(gè)分支。在增材制造技術(shù)發(fā)展史上，鋼是被廣泛應(yīng)用的重要材料，可細(xì)分為不銹鋼、高強(qiáng)鋼和模具鋼。不銹鋼具有耐化學(xué)腐蝕、耐高溫和力學(xué)性能良好等特性，其粉末成型性好、制備工藝簡單且成本低廉。
鋁合金
熔點(diǎn)較低，快速熔凝過程中溫度梯度相對(duì)較小，容易加工成型且成形件不易變形開裂，但是易氧化、具有高反射性和導(dǎo)熱性等特性。目前對(duì)于鋁合金更多的是基于SLM的研究與應(yīng)用。
鎂合金
最輕的結(jié)構(gòu)合金，由于其特殊的高強(qiáng)度和阻尼性能，在諸多應(yīng)用領(lǐng)域具有替代鋼和鋁合金的可能。另外具有原位降解性、優(yōu)異的生物相容性等特點(diǎn)，在生物醫(yī)療行業(yè)比傳統(tǒng)合金更有應(yīng)用前景。
其它合金
還包括硬質(zhì)合金、鈷鉻合金、以及Cu-Su、WNi、Ni-Al和Nb-Ti-Si等金屬間化合物材料和一些梯度材料。
金屬增材制造技術(shù)的應(yīng)用
成形傳統(tǒng)制造難度大的零件
在制造領(lǐng)域，有些零部件形狀復(fù)雜、制備周期長，應(yīng)用傳統(tǒng)鑄造鍛造工藝生產(chǎn)不出來或損耗較大。而金屬增材制造技術(shù)則可以快速制造出滿足要求的零部件，并具有加工周期短、制造成本低、無需工裝和模具等優(yōu)勢(shì)。
通過金屬3D打印的異型水路模具設(shè)計(jì)時(shí)間減少了75%、制造端人力節(jié)省了50%、射出模具生產(chǎn)周期縮短了14％、制造費(fèi)用降低了16%等。
制備高成本材料零件
金屬材料是制造領(lǐng)域必不可少的重要材料，但是在實(shí)際的加工過程中，卻存在著不少問題，例如鈦合金、高溫合金、超高強(qiáng)度鋼等材料難加工、加工成本高、材料利用率低，加工周期長等。
美國最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司之一普惠公司應(yīng)用增材制造技術(shù)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的鎳基合金和鈦合金部件的研制，結(jié)果顯示：不但獲得了與當(dāng)前材料一致的性能，大大縮短了制造周期，提升了復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的制造精度；而且原材料消耗降低了50%，并將發(fā)動(dòng)機(jī)的BTF比（原材料質(zhì)量與部件最終質(zhì)量之比）從傳統(tǒng)工藝的20:1降低到2:1以下，有效的提高了部件的質(zhì)量和降低了制造成本。
快速成形小批量非標(biāo)件
3D打印非常適合個(gè)性化定制生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)。當(dāng)前，金屬增材制造的個(gè)性化制造在醫(yī)療器械的應(yīng)用極為突出，一方面用于打印具有個(gè)性化需求的植入物/假體或模仿仿生原理的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
這些植入物通過3D打印技術(shù)的精確控制，有效實(shí)現(xiàn)外在輪廓及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同步重建，以滿足其與患者局部解剖結(jié)構(gòu)的高度匹配，其中具有生物相容性的鈦合金材料是重要的加工材料，打印出來的多孔結(jié)構(gòu)植入物，可以更好的與人體組織結(jié)合。另一方面，金屬增材制造技術(shù)還可用于為病人量身定做植入手術(shù)所需的精密部件，例如華南理工大學(xué)利用激光選區(qū)熔化技術(shù)（SLM）已成功研制了外科手術(shù)所需的個(gè)性化輔助導(dǎo)板。
高性能成形修復(fù)受損零件
高成本零件的成形修復(fù)也是金屬增材制造技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)。過去，對(duì)于受損零部件只能做表面的涂層修復(fù)，并且維修工序步驟繁多，還涉及到一些額外的步驟如加工、拋光、測(cè)試等，同時(shí)還受維修時(shí)限條件的制約，耗時(shí)較長；而對(duì)于損傷稍嚴(yán)重的零部件也只能作更換處理。金屬增材制造技術(shù)則可以對(duì)任意缺失或損環(huán)的部分進(jìn)行快速成形和修復(fù)。
例如航空航天零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂，一旦出現(xiàn)瑕疵或缺損，只能整體換掉，可能造成數(shù)十萬、上百萬元損失。而通過金屬3D打印技術(shù)，可以用同一材料將缺損部位修補(bǔ)成完整形狀，修復(fù)后的性能不受影響，大大延長了使用壽命，降低了成本，減少了停機(jī)時(shí)間。
異質(zhì)材料的組合制造
對(duì)于傳統(tǒng)制造方式（鑄造、鍛造等）來講，將不同材料組合成單一產(chǎn)品非常困難，但是增材制造技術(shù)有能力使不同原材料進(jìn)行組合制造。
針對(duì)部分工業(yè)零件適當(dāng)利用增材制造技術(shù)進(jìn)行組合制造，不同的結(jié)構(gòu)部位采用不同類別的金屬材料，不僅大大提高結(jié)構(gòu)件的性能，而且降低了成本，特別是昂貴材料的成本。同時(shí)，也把增材制造技術(shù)成型復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)制造技術(shù)高精度本的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來，形成了最佳的制造策略。
輕量化制造
增材制造技術(shù)快速自由成型的特點(diǎn)，給產(chǎn)品的設(shè)計(jì)帶來了無限的創(chuàng)新空間，為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計(jì)提供了有效的制造途徑。金屬增材制造技術(shù)則可以使這些經(jīng)拓?fù)鋬?yōu)化后的創(chuàng)新模型，不用考慮制造約束并快速實(shí)現(xiàn)制造。
例如空客A320飛機(jī)的大尺寸“仿生”機(jī)艙隔離結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)是通過拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，金屬3D打印制造而成，材料是采用的超強(qiáng)且輕質(zhì)合金材料Scalmalloy。A320全新的機(jī)艙設(shè)計(jì)與原有的隔離結(jié)構(gòu)相比，新型的仿生隔離結(jié)構(gòu)由幾個(gè)不同的部件組成，不僅強(qiáng)度更高，而且將其總量減輕了45%。
全球金屬3D打印設(shè)備供應(yīng)商
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