在過去的幾年里，金屬3D打印受到了很多人的關注，金屬增材制造（AM）市場在過去十年里得到了真正的增長。根據(jù)SmarTech Analysis的《2020年金屬粉末增材制造》報告，在過去五年中，金屬3D打印硬件收入增長了近3倍，材料銷售增長了近6倍。
在金屬增材制造領域，目前主要部署了幾種技術，包括：激光粉末床熔融(L-PBF)、電子束粉末床熔融(E-PBF)、定向能量沉積(DED)和間接金屬打印(BMP)。
在這些3D打印系統(tǒng)當中，沒有誰是最好的，選擇哪種技術類型，選擇哪個廠商的設備主要取決于你想做什么。
2020年9月27日，南極熊注意到國外媒體發(fā)布了一份《2020進口金屬3D打印機選購指南》，作者通過自己的知識和對終端用戶、經(jīng)銷商和研究人員的采訪整理而成，可以用于指導客戶如何選用金屬3D打印機。當然，這份購買指南中所出現(xiàn)的金屬3D打印機均為國外廠商的產(chǎn)品，南極熊將其翻譯出來供國內(nèi)用戶參考。
南極熊此前也整理過一些金屬3D打印廠商的文章：
《小趨勢：18家多激光金屬3D打印廠商，劍指高效率/大尺寸/批量制造》
《小匯總:15個熔覆噴涂金屬3D打印技術廠商對比》
《大勢已來：8個噴射技術金屬3D打印廠商匯總對比》
間接金屬打印（BMP）
△ExOne打印機被用來制造這種井下定子部件，用于石油和天然氣行業(yè)
到目前為止，炒作最多的是BMP，這是一種間接金屬3D打印技術，包括金屬粘結劑噴射和金屬擠出兩種。在粘結劑噴射中，粘結劑由噴墨打印頭沉積在金屬粉末床上，形成 "毛坯"金屬部件，然后在烘箱中脫脂和燒結后，得到致密的金屬部件。
人們還可以通過金屬擠出技術打印絲材，然后進行脫脂和燒結。這本質(zhì)上是增加了燒結步驟的FDM技術，但這些機器與粘結劑噴射的機器類似。BMP的主要優(yōu)勢是它的成本可能比其他金屬技術低三分之一。
使用BMP工藝，可以實現(xiàn)良好的表面效果，機器的成本也相對較低。缺點是，單獨的燒結步驟難以控制。在不同壁厚、尺寸和幾何形狀下的零件收縮率會不同，這將使制造完全獨特的新零件變得困難。另一方面，盡管有單獨的脫脂和燒結步驟，從化學和安全的角度來看是很棘手的，但零件成本應該很低。然而，在很多情況下，對于最高級別的零件性能，BMP將不如PBF合適。
Markforged metal X
△正在Markforged metal X上制作的切削刀具
Markforged的metal X系統(tǒng)價格相對低廉，結構緊湊，軟件性能良好，真正拉低了金屬打印機的市場入門水平。系統(tǒng)在設計時考慮到了良好的用戶界面，使用起來比較方便。Markforged還隨打印機一起運送清洗和燒結站。metal X可以打印Inconel 625、17-4 PH不銹鋼和銅。
ExOne X1 25Pro
ExOne的X1 25Pro具有400 x 250 x 250 mm的構建體積，并有四種不同的粘結劑和材料選擇，如316L、17-4PH、304L、Inconel 718、銅等。多年來，ExOne一直在冶金方面做了大量的工作。公司還在系統(tǒng)的可靠性和可重復性方面投入了研究，這使得X1 25Pro成為具有實際產(chǎn)量的入門級工業(yè)解決方案。
激光鋪粉金屬3D打印
△這款AiO噴嘴板在EOS M-290和EOS M 400機器上制造，過去是由超過125個獨立的部件組成，但現(xiàn)在是作為一個單元進行3D打印。成本降低了一半，重量也減輕了。
激光鋪粉金屬3D打印技術L-PBF可以生產(chǎn)航空航天等行業(yè)所需的最高質(zhì)量、最高密度的高性能零件。機器的價格要貴得多，一般在50萬美元以上。初期投資和運行成本很高。還需要后加工設備，如電火花加工或CNC（如同大多數(shù)3D打印技術制造的金屬零件一樣）。
但是，一旦你深入研究這項技術，你可以每天制造數(shù)千個小型部件。請注意，構建體積填充滿零件打印可能需要一周或更長時間。這是我們所擁有的最經(jīng)得起考驗、最符合行業(yè)要求的技術，能夠制造最精確的零件。它也是應用最廣泛、研究最深入的技術。每年用L-BPF制作的牙橋和牙冠數(shù)以百萬計。
EOS M 290
△Euro-K使用M290和Inconel 718來制作微型燃燒器
EOS M 290是一個行業(yè)標準，特別是對于服務商。是最受歡迎的金屬系統(tǒng)之一，它是一個可靠的，相對無憂的打印機，被那些以3D打印作為生產(chǎn)系統(tǒng)的人喜歡。它非常可靠，EOS和它的客戶已經(jīng)積累了大量關于這個系統(tǒng)、材料、設置和性能的信息。
SLM Solutions SLM 500
盡管新的SLM 800及可連接多達5臺打印機的Hub是目前讓人津津樂道的產(chǎn)品，但SLM 500的使用記錄更為豐富。500是一款雙激光或四激光機器，它的出現(xiàn)標志著我們行業(yè)的一個重要里程碑。前期的HL 50系統(tǒng)也是一個震撼，因為在那之前，很多人都認為SLM基本上是死路一條。HL和后來的500型系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中得到了應用。
Additive Industries metalFab1
△在Additive Industries的metalFab1上制作的鈦合金葉輪
Additive Industries的metalFab1打印機在一個模塊化系統(tǒng)內(nèi)輸送零件，所以零件不需要搬運或輸送到系統(tǒng)的保護環(huán)境之外。這使打印機保持封閉，更安全，也降低了很多成本。他們的創(chuàng)新方法意味著這家年輕的初創(chuàng)公司很快就在商業(yè)航空和太空等嚴格領域贏得了全球客戶。這可能不是你的第一套系統(tǒng)，但由于它從根本上是為系列化生產(chǎn)而設計的，因此對于那些尋求量產(chǎn)的人來說，它是一個值得考慮的機器。
GE Additive Concept Laser M2 Series 5
Concept Laser公司的機器在牙科領域以可靠的工作著稱。Concept Laser與其內(nèi)部咨詢部門和GE航空合作，對設備進行優(yōu)化，參數(shù)，跟蹤，記錄數(shù)據(jù)，并進一步優(yōu)化，使機器具有高度的可靠性和可重復性。M2有一個可切換的構建模塊，這樣你可以從外部處理所有保持在機器安全惰性氣體室內(nèi)的零件。以GE的經(jīng)驗來看，這絕對是一款值得關注的航空航天市場的機器。
EOS M400
△RUAG和CITIM設計的用于ESA哨兵衛(wèi)星的鋁制衛(wèi)星天線支架，減少了40%的零件重量
EOS的M400系統(tǒng)是一個大型的高生產(chǎn)率系統(tǒng)，它與M290配合使用。在M290上測試、開發(fā)、制造零件，然后移植到M400上生產(chǎn)。舉例來說，這意味著一些大學的合作伙伴可以制作很酷的新材料，這些研究成果可以快速地在M290上實施。然后，一旦驗證通過之后，就可以在M400上進行高效率的生產(chǎn)。
Velo3D Sapphire
Velo3D的藍寶石打印機確實讓大家感到驚訝。這家初創(chuàng)公司將大量的注意力集中在監(jiān)控、捕捉、優(yōu)化和改進熔池中實際發(fā)生的零件制造過程中。通過它的軟件和監(jiān)測，它將更好地構建部件，甚至在某些情況下減少對支撐結構的需求。Velo3D還瞄準了制造商，特別是在航空航天領域，部署其機器。Velo3D對我們的市場具有潛在的非常大的顛覆性，并且讓其他人更加努力。
電子束鋪粉金屬3D打印技術E-PBF
△在Amplify Additive運行的GE EBM系統(tǒng)上堆疊髖臼杯
L-PBF的替代方法是EBM或E-PBF。這種方法使用電子束而不是激光燒結細金屬粉末層。與通過L-PBF制造的部件一樣，這些部件也需要進行大量的后處理，以去除支撐結構，防止部件因溫差而撕裂。傳統(tǒng)上，E-PBF每件零件的成本更低一些，但可以得到更粗糙的表面紋理。對于骨科來說，需要粗糙的表面質(zhì)地，這也是為什么E-PBF是制造髖臼杯和其他骨科植入物的一項非常強大的技術。同時，美國宇航局、GE等公司的工作表明，你可以用E-PBF制造梯度零件，用這種技術制造渦輪葉片等物體。
GE Additive Arcam Spectra H
△Avio Aero公司的渦輪葉片
GE Additive公司的Arcam Spectra H系統(tǒng)比以前的E-PBF機器功能強大一倍，體積也大得多。它是為高溫合金（如鋁化鈦（TiAl））和打印大型渦輪葉片和其他航空航天零件而設計的。這臺機器基本上是為了打印TiAl（也叫 "伽瑪鈦"）、GenX發(fā)動機的低壓渦輪葉片而開發(fā)的。
如果你需要用伽馬鈦做一些東西，這種材料的重量大約是鎳超合金的一半，而且強度一樣高。現(xiàn)在，考慮到這些金屬間化合物的需求有點小眾，目前僅限于飛機發(fā)動機、一級方程式賽車和國防。
送粉金屬3D打印技術DED
△激光熔覆公司（LCV）通過DED對碳化鎳鎢進行修復的模具
DED是一系列技術，在能量源前將粉末或絲材送到工件上，通常是在一個露天的室內(nèi)。3D打印頭可以放置在現(xiàn)有的CNC或其他設備內(nèi)部，可以非常快速地將新材料打印到現(xiàn)有的零件上，或者以相對較低的成本制造新的零件。
這項包覆和焊接相關的技術沉積速度很快，但比較雜亂無章。但是，人們可以用數(shù)控機床去除多余的材料。DED用于修復注塑模具，用于閥門、齒輪或模具等。
△這個齒輪是在車軸本身上3D打印的，使用不同的鋼材來優(yōu)化零件的性能
Optomec LENS 860
Optomec的860系統(tǒng)是立式加工中心和DED打印頭的混搭。其中一個版本的機器確實有一個受保護的構建室，這可以提高效果，但也有一個封閉的構建室版本。這臺設備擁有860x600x610毫米的工作區(qū)域。Optomec在利用其技術修復零件和為現(xiàn)有零件添加材料以滿足非常苛刻的應用方面具有相當?shù)膶I(yè)知識。
Sciaky EBAM 300
Sciaky系統(tǒng)已用于制造尺寸達5.79 m x 1.22 m x 1.22 m的零件。Sciaky制造了一些世界上最大的金屬打印機，它的雙線送料打印頭意味著你可以使用低成本的線材原料，也可以在熔池中混合材料。該公司已經(jīng)能夠在零件制造上閉環(huán)，憑借深厚的經(jīng)驗和電子束槍，Sciaky的機器能夠加工很多不同的材料。
BeAM Machines Modulo 400
△BeAM機器修復磨損的密封圈的特寫
BeAM的Modulo是一臺集成了DED 打印機和減材加工中心，工作區(qū)域為600 x 400 x 400 mm。BeAM具有 "同軸氣流"，即在同一個噴嘴中運行兩種不同的氣體流。這應該能改善這種吹粉系統(tǒng)的效果。有趣的是，Modulo被設計為可集裝箱式，這意味著它可以位于一個運輸容器中。一個易于運輸?shù)慕鉀Q方案將是非常誘人的，可以放在石油和天然氣公司和軍隊的大型現(xiàn)場。這家公司還有一個更大的系統(tǒng)--Magic。
Trumpf TruLaser Cell 7040
Trumpf（通快）是一家家族企業(yè)，制造了世界上許多工業(yè)激光器，也制造了許多切割工具和機器。他們的激光金屬沉積(LMD)機器可以混合粉末并與填料焊接，這意味著不同的材料可以連接在一起。該公司還利用其豐富的加工專業(yè)知識，使其機器在涂層和不同材料涂層中的應用成為可能。
Trumpf的增材制造設備也可以集成到傳統(tǒng)客戶的現(xiàn)有機器中，或者您可以購買一臺新設備。在一臺機器上，您可以沿著其巨大的制造量進行切割和3D打印操作。您還可以將這臺設備集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)線上，使其成為迄今為止最能夠集成到一系列制造過程中的設備。
DMG Mori Lasertec 65 3D Hybrid
DMG Mori是最大的機床制造商之一。最近，他們在3D打印方面投入了大量的資金，現(xiàn)在有DED和L-PBF機床的生產(chǎn)線。他們的3D Hybrid與銑削和車削配合使用，而3D則與金屬切削配合使用。五軸3D Hybrid系統(tǒng)的構建體積為735毫米×650毫米×560毫米，可以與現(xiàn)有的工作流程和設備相結合。五軸粉末噴嘴是同軸的，可以在一個工件上組合不同的金屬。系統(tǒng)本身是閉環(huán)的，并有過程中的監(jiān)控。
Formalloy X Series
Formalloy是一家比較小的公司，這家公司的出現(xiàn)與美國一些嚴格的DED用戶，如JPL和NASA有著緊密的聯(lián)系。它的DED頭可以在飛行中混合材料，這可能帶來各有趣的表面解決方案。
這家初創(chuàng)公司在定價上也很激進，提供低成本的解決方案，沖破了他們的重量。他們在材料方面也下了很大功夫，尤其是那些奇異的太空材料，比如Waspalloy、Hanes 230、Stellite 6、五種不同等級的銅、GR Cop 84（NASA燃燒室用銅材料），還有磁性材料和碳化鎢。我想有人正在用一臺機器幾乎可以打印出一整枚火箭。
應用
DED
DED可用于硬面化、修理和制造飛機翼子板等部件。受限于細節(jié)，這種技術傳統(tǒng)上可以制造5m x 2m x 2m或更大的零件。令人振奮的應用包括混合材料，以及在由相同或不同金屬制成的舊零件上打印新材料。
△修理各種形式的渦輪葉片是DED的主要工作，這一應用是由Optomec和其他公司首創(chuàng)的
這項技術最適合于需要修理大型高價值部件的市場。如石油天然氣、造船業(yè)以及軍工裝備等領域。大型、高成本的車輛部件，如航天器和高端車輛的底盤，可以用DED生產(chǎn)或維修。例如，人們希望可以為乘用車制造整個底盤。或者說，DED將被部署在越來越多的維修應用中，使各種工業(yè)設備的磨損表面重新煥發(fā)活力。
對于小型和細節(jié)部件，DED就沒有那么厲害了。通常情況下，露天建造室限制了精度。這個市場的玩家包括Optomec、Sciaky、Trumpf、DMG Mori和BeAM。工業(yè)應用的擴大以及CNC行業(yè)的新玩家都是可以期待的。
E-PBF
△Trinity PLUS 2是科林集團采用Arcam（GE）EBM制造的高孔隙髖臼杯，多孔性和表面粗糙度曾經(jīng)是一個限制，但對于這種應用，它們可以成為一個理想的特性
僅僅在幾年前，E-PBF主要與L-PBF進行比較，并會輸給L-PBF。現(xiàn)在，這項技術在研究和商業(yè)應用中也獲得了更多的關注。E-PBF非常適合骨科，已經(jīng)能夠降低骨科植入物的成本，并生產(chǎn)出數(shù)以萬計的植入物。與L-PBF相比，它的成本可能更低，也可用于許多相同的應用。
對于商業(yè)航天、航空和軍事應用，E-PBF確實是一項非常相關的技術。許多人都在重新考慮這項技術，因為他們正在轉向制造業(yè)，在制造業(yè)中，其較低的零件和粉末成本確實開始變得重要。通用電氣通過其Arcam部門，在專利覆蓋率和已安裝的機器方面幾乎完全主導了EBM。但現(xiàn)在Freemelt、JEOL和Wayland Additive等公司正在提供替代方案。
L-PBF
△由DTI設計的CeramicSpeed變速器部件在SLM Solutions SLM 500上用Ti打印
L-PBF是最成熟、部署最廣泛的金屬3D打印技術。德國公司EOS是這里的市場領導者，其次是GE和SLM Solutions。DMG Mori、Trumpf、Farsoon和其他不少公司最近都進入了這個市場。Additive Industries公司的高產(chǎn)系統(tǒng)真正撼動了市場，它在機器上處理了大量的后處理工作。Velo3D最近通過使用增加在線監(jiān)測和過程控制來減少支持結構，掀起了波瀾。
L-PBF在汽車領域取得了進展，也被用于骨科領域。在太空以及航空領域，該技術現(xiàn)在也得到了廣泛的部署。一個很大的利好很可能是近來發(fā)展迅速的商業(yè)航天實施。現(xiàn)在這項技術正在向更多合格的零件和材料以及更多的制造應用發(fā)展。
BMP
粘結劑噴射主要是由ExOne公司開創(chuàng)的，這家美國公司正在全球部署大型工業(yè)粘結劑噴射系統(tǒng)。然而，炒得沸沸揚揚的是圍繞著更緊湊的工業(yè)BMP系統(tǒng)，它可以在全球的工作車間和制造場所找到一席之地。Desktop metal公司剛剛發(fā)布了其中的一款，GE和惠普公司也正在研發(fā)。
如果這些系統(tǒng)成功，它們可以極大地擴大金屬打印市場。從今天的幾千臺安裝量來看，我們可以在不久的將來看到數(shù)以萬計的安裝量。然而，我對BMP持謹慎態(tài)度。
工藝問題意味著，大體上，這些系統(tǒng)可能適合于成千上萬的合格零件。但是，相對于現(xiàn)有的技術，這些部件在哪些特定的部件和系列中才是有意義的呢？而人們又將如何接受設計并進行所需的工作以使其可打印？他們是否有足夠的人力來運行這些系統(tǒng)，以及接受培訓來制作零件并使其可打印？這一切都還為時尚早，所以我對有限的應用和擁有必要技術的公司持謹慎樂觀態(tài)度。從長遠來看，如果有合適的軟件和加工設備，我是樂觀的。
如果你從事航天、骨科、航空、歧管、汽車、機械制造、建筑、農(nóng)業(yè)、石油和天然氣、核電、發(fā)電、散熱片、任何類型的閥門或噴嘴，一般來說，你必須深入了解這些技術。它們正在對你的行業(yè)產(chǎn)生真實而深刻的影響。在其他行業(yè)，影響就不那么明顯了。實施金屬打印是一件困難的事情，但它可能會對你的業(yè)務產(chǎn)生很大的影響。
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