談到金屬3D打印，我們關(guān)(guān)注的焦點(diǎn)(diǎn)通常是SLM粉末平臺(tái)選區(qū)激光熔融金屬3D打印技術(shù)(shù)，而容易忽略定向能量沉積-DED技術(shù)(shù)。DED技術(shù)(shù)由激光或其他能量源在沉積區(qū)域產(chǎn)(chǎn)生熔池并高速移動(dòng)(dòng)，材料以粉末或絲狀直接送入高溫熔區(qū)，熔化后逐層沉積，稱(chēng)之為激光定向能量沉積3D打印技術(shù)(shù)。而DED技術(shù)(shù)分類(lèi)(lèi)中的激光金屬粉末沉積技術(shù)(shù)（laser metal deposition-LMD)，則是以激光為能量源，并以金屬粉末為加工材料。

不僅僅專(zhuān)注于基于粉末平臺(tái)的選區(qū)金屬熔化3D打印技術(shù)(shù)應(yīng)用。西門(mén)(mén)子對(duì)激光金屬粉末沉積技術(shù)(shù)也保有積極的開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)與應(yīng)用心態(tài)(tài)。近日，西門(mén)(mén)子與其合作伙伴開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)出一種解決方案，可以比以前更有效地提高激光金屬粉末沉積技術(shù)(shù)（laser metal deposition-LMD)中金屬3D打印的工藝穩(wěn)定性。該解決方案為不斷發(fā)(fā)展的3D打印技術(shù)(shù)打開(kāi)(kāi)了應(yīng)用深化的大門(mén)(mén)。

圖片：激光金屬粉末沉積技術(shù)(shù)（laser metal deposition-LMD)，來(lái)(lái)源西門(mén)(mén)子

-獨(dú)特的優(yōu)(yōu)勢(shì)

眾所周知，西門(mén)(mén)子關(guān)(guān)于3D打印的應(yīng)用視野遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其正在應(yīng)用的渦輪燃?xì)鈾C(jī)及航空航天應(yīng)用領(lǐng)(lǐng)域，就在去年，西門(mén)(mén)子還與Hackrod合作全球首款通過(guò)(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)(shí)來(lái)(lái)設(shè)計(jì)的跑車(chē)(chē)。

西門(mén)(mén)子對(duì)于3D打印的雄心壯志需要專(zhuān)心致志的研發(fā)(fā)力量來(lái)(lái)推動(dòng)(dòng)技術(shù)(shù)與應(yīng)用的發(fā)(fā)展與結(jié)合。事實(shí)(shí)上，西門(mén)(mén)子正在加強(qiáng)推動(dòng)(dòng)3D打印技術(shù)(shù)的開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)工作。在位于慕尼黑的西門(mén)(mén)子企業(yè)(yè)技術(shù)(shù)（CT）實(shí)(shí)驗(yàn)室，激光沉積焊接的過(guò)(guò)程中逐層構(gòu)建金屬組件，機(jī)器以不同的速度移動(dòng)(dòng)激光束，有時(shí)(shí)緩慢有時(shí)(shí)快速，通過(guò)(guò)這種方式，研究人員可以平滑不均勻的位置，這樣就可以最終生產(chǎn)(chǎn)出更加完美的近凈形部件。

與SLM粉末平臺(tái)選區(qū)激光熔融金屬3D打印技術(shù)(shù)不同的是，定向能量沉積-DED技術(shù)(shù)不依賴(lài)于壓力室，壓力室可以保護(hù)金屬3D打印過(guò)(guò)程免受周?chē)h(huán)(huán)境的影響。對(duì)于SLM粉末平臺(tái)選區(qū)激光熔融金屬3D打印過(guò)(guò)程，工作區(qū)域必需首先充滿(mǎn)惰性氣體，這是一個(gè)(gè)費(fèi)時(shí)(shí)的過(guò)(guò)程。而對(duì)于定向能量沉積-DED技術(shù)(shù)分類(lèi)(lèi)中的激光金屬粉末沉積技術(shù)(shù)（laser metal deposition-LMD)來(lái)(lái)說(shuō)(shuō)，3D打印加工過(guò)(guò)程可以立即開(kāi)(kāi)始，因?yàn)槎櫳詺怏w直接從激光頭流出并包圍粉末流和熔池。

除此之外，激光金屬粉末沉積技術(shù)(shù)-LMD技術(shù)(shù)允許激光頭和工件更靈活地移動(dòng)(dòng)，從而為增加設(shè)計(jì)自由度和生產(chǎn)(chǎn)更大的部件打開(kāi)(kāi)了大門(mén)(mén) – 這在航空工業(yè)(yè)和渦輪機(jī)技術(shù)(shù)等領(lǐng)(lǐng)域具有潛在優(yōu)(yōu)勢(shì)。

LMD通常不需要任何支撐構(gòu)造，這方面與粉末平臺(tái)方法相比具有顯著(zhù)優(yōu)(yōu)勢(shì)。

并且激光金屬沉積適合加工合金。傳統(tǒng)制造領(lǐng)(lǐng)域，雙金屬?gòu)?fù)合界面的結(jié)合方式多采用機(jī)械結(jié)合型復(fù)合或冶金結(jié)合型。LMD技術(shù)(shù)相比于傳統(tǒng)加工工藝在雙金屬的加工方面具有著(zhù)突出的優(yōu)(yōu)勢(shì)。

鑒于這些優(yōu)(yōu)勢(shì)，西門(mén)(mén)子企業(yè)(yè)技術(shù)(shù)（CT）實(shí)(shí)驗(yàn)室正在與西門(mén)(mén)子數(shù)字工廠(chǎng)部門(mén)(mén)合作，在工業(yè)(yè)生產(chǎn)(chǎn)中更加牢固地提高和應(yīng)用LMD技術(shù)(shù)。

圖片來(lái)(lái)源：西門(mén)(mén)子

-對(duì)厚度多一點(diǎn)(diǎn)控制

但是，在LMD充分發(fā)(fā)揮其潛力之前，還有大量工作要做。例如，該過(guò)(guò)程不如SLM精確。因此，成品部件通常必需進(jìn)(jìn)行再加工，這就解釋了為什么LMD機(jī)器通常與工業(yè)(yè)設(shè)施中的銑床相結(jié)合。這種混合3D打印系統(tǒng)目前在全世界范圍內(nèi)得到了一些應(yīng)用推廣，包括為飛機(jī)渦輪引擎機(jī)和滾柱軸承生產(chǎn)(chǎn)精確的部件。

考慮到定向能量沉積金屬3D打印技術(shù)(shù)的這一缺點(diǎn)(diǎn)，西門(mén)(mén)子現(xiàn)在專(zhuān)注于如何使混合3D打印系統(tǒng)更快，更經(jīng)(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。具體來(lái)(lái)說(shuō)(shuō)，他們正在研究LMD工藝的關(guān)(guān)鍵部分：如何更有效的控制金屬層的厚度，這決定了3D打印部件的尺寸。這些厚度可能因多種原因而有所不同 – 例如，如果材料流以無(wú)(wú)計(jì)劃的方式發(fā)(fā)生變化。再例如如果由機(jī)器人臂承載的打印頭的速度波動(dòng)(dòng)，厚度也可能發(fā)(fā)生變化。

為了解決這個(gè)(gè)問(wèn)(wèn)題，西門(mén)(mén)子企業(yè)(yè)技術(shù)(shù)（CT）實(shí)(shí)驗(yàn)室正在參與名為PARADDISE的歐盟開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)項(xiàng)目，提高LMD3D打印工藝的可控性。除西門(mén)(mén)子外，該項(xiàng)目的成員還包括西班牙機(jī)床制造商Ibarmia，RWTH Aachen大學(xué)(xué)和Precitec，后者是德國(guó)激光材料加工和光學(xué)(xué)測(cè)量技術(shù)(shù)專(zhuān)家。

亞琛工業(yè)(yè)大學(xué)(xué)為該項(xiàng)目的開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)過(guò)(guò)程貢獻(xiàn)了一項(xiàng)開(kāi)(kāi)創(chuàng )(chuàng)性的發(fā)(fā)明。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)了一種控制技術(shù)(shù)，其中Precitec傳感器可計(jì)算出已鋪設(shè)的每個(gè)(gè)金屬層的精確厚度。為了實(shí)(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)(diǎn)，控制程序使用測(cè)量光學(xué)(xué)干涉的傳感器來(lái)(lái)比較部件的計(jì)劃高度與其實(shí)(shí)際高度。然后可以通過(guò)(guò)改變建造速度來(lái)(lái)調(diào)節(jié)層的厚度。這是一個(gè)(gè)標(biāo)志性事件式的結(jié)果，通過(guò)(guò)這種自動(dòng)(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)(guò)程，使混合3D打印設(shè)備能夠更快地生產(chǎn)(chǎn)組件，因?yàn)榕髁閑枰^少的后續(xù)工藝。并且它還需要更少的能源和材料。這反過(guò)(guò)來(lái)(lái)又降低了高質(zhì)(zhì)量金屬部件的制造成本。

圖片來(lái)(lái)源：西門(mén)(mén)子

魔猴網(wǎng)(wǎng)總結(jié)：

-DED技術(shù)(shù)突飛猛進(jìn)(jìn)

DED定向能量沉積3D打印技術(shù)(shù)正在整體迎來(lái)(lái)技術(shù)(shù)發(fā)(fā)展過(guò)(guò)程中的標(biāo)志性事件。此前三菱電宣布開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)出高精度定向能量沉積3D打印設(shè)備，2021年將實(shí)(shí)現(xiàn)商業(yè)(yè)化。三菱電機(jī)表示該技術(shù)(shù)的其中一個(gè)(gè)優(yōu)(yōu)勢(shì)是顯著(zhù)提高了精度，與連續(xù)成型技術(shù)(shù)相比，精度提高了60%。除此之外，與傳統(tǒng)技術(shù)(shù)相比，氧化問(wèn)(wèn)題可以減少20%以上，因?yàn)楦邷貐^(qū)域限于窄點(diǎn)(diǎn)形成區(qū)域。

而關(guān)(guān)于定向能量沉積3D打印設(shè)備的加工速度與精度，德國(guó)Fraunhofer激光技術(shù)(shù)研究所開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)了EHLA超高速激光材料沉積技術(shù)(shù)。根據(jù)魔猴網(wǎng)(wǎng)的市場(chǎng)(chǎng)研究，該技術(shù)(shù)可用于涂層和修復(fù)金屬部件。超高速激光材料沉積技術(shù)(shù)（EHLA）具有替代當(dāng)前腐蝕和磨損保護(hù)方法如硬鍍鉻和熱噴涂的潛力。并且EHLA方法加工出來(lái)(lái)的涂層是無(wú)(wú)孔的，從而改善粘合情況并降低裂紋和孔隙的發(fā)(fā)生的可能性。 除此之外，根據(jù)Fraunhofer，EHLA技術(shù)(shù)比熱噴涂節(jié)約90％的材料。

除此之外，根據(jù)魔猴網(wǎng)(wǎng)的市場(chǎng)(chǎng)觀(guān)察，德國(guó)Fraunhofer 激光技術(shù)(shù)研究所還正在開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)基于金屬線(xiàn)材激光沉積的創(chuàng )(chuàng)新技術(shù)(shù)（wire-based laser metal deposition，LMD-W）。