金属 3D 打印:SLM / DMLS / EBM / DED
金属粉末床与定向能量沉积的原理、常用合金、支撑与后处理链条。
金属粉末床熔融
SLM(选择性激光熔化)与 DMLS(直接金属激光烧结)都在惰性气体保护舱内逐层铺金属粉末,用高能量激光按截面完全熔化并凝固,层厚通常 20–60μm。名称上有「完全熔化」与「烧结」的历史差别,现代设备多数已实现全熔化。
EBM(电子束熔化)用电子束在真空高温腔体中成型,预热温度高、残余应力低,特别适合钛合金与高温合金,但表面更粗糙、设备成本更高。
常用材料
不锈钢 316L、模具钢、铝合金 AlSi10Mg、钛合金 Ti6Al4V、镍基高温合金(Inconel)、钴铬合金、铜合金与贵金属等。材料以球形粉末供应,粒径分布与氧含量直接影响成型质量。
粉末可循环使用,但需筛分与批次管理;活泼金属粉末有燃爆风险,必须由具备资质的工厂按规范操作。
为什么金属件必须加支撑
金属打印的支撑不只是托住悬垂:还承担导热(把熔池热量导走)与锚定(抵抗热应力引起的翘曲)。支撑不足会导致刮刀碰撞、零件变形甚至整炉失败。
因此设计时要尽量减小大水平悬空面、把孔改成水滴形 / 菱形以减少内部支撑、把零件倾斜摆放,并预留支撑可到达、可切除的空间。
后处理链条比打印本身更长
典型流程:清粉 → 去应力热处理 → 线切割从基板分离 → 去支撑 → 热处理 / 热等静压 → 机加工配合面 → 喷砂 / 抛光 / 表面处理 → 检测。
所以金属件的成本与交期主要由后处理决定;只有配合面、螺纹、密封面需要机加工精度,其余表面保留打印态可显著省成本。
DED 定向能量沉积
喷嘴送粉或送丝,同时用激光 / 电子束 / 电弧在基材上形成熔池并逐层堆积,类似「3D 焊接」。成型尺寸大、效率高,适合大型构件、梯度材料以及在已有零件上局部增材或修复磨损面。
缺点是精度与表面较粗,几乎都需要后续机加工。典型场景包括航空大件修复、模具镶块、轴类再制造。
典型应用与设计提示
轻量化点阵与拓扑优化结构、随形冷却模具流道、一体化减少装配的复杂流道件、个性化骨科植入物,是金属增材最具价值的四类应用。
设计提示:壁厚与细杆不宜过细、避免封闭内腔(粉末排不出)、为大平面预留加工余量、把关键尺寸集中在同一次装夹可加工的区域。
