金属3D打印机是如何工作的？它们的主要优点和限制是什么？当今行业如何使用金属3D打印？
与所有其他3D打印工艺类似，金属3D打印机通过基于数字3D设计一次添加一层材料来构建零件——因此是增材制造的替代术语。
通过这种方式，可以使用“传统”减材（CNC加工）或成型（金属铸造）技术无法制造的几何形状制造零件，并且无需专门的工具（例如模具）。
使用高功率激光（在DMLS/SLM中）或电子束（在EBM中）将金属粉末颗粒选择性地粘合在一起，逐层形成金属部件。
金属粉末颗粒通过粘合剂逐层粘合在一起，形成“绿色”部件，需要对其进行热后处理（烧结）以去除粘合剂并形成全金属部件。
由聚合物组成并负载大量金属粉末的细丝或棒通过喷嘴（如FDM中）挤出，形成“绿色”部件，该部件经过后处理（脱脂和烧结）以形成全金属部件。
多年来，基于已建立的塑料3D打印技术（如材料喷射或SLA）开发了其他金属3D打印系统。
如今，使用最多的金属3D打印工艺是直接金属激光烧结(DMLS)/选择性激光熔化(SLM)，其次是粘合剂喷射和金属挤压。
在本节的其余部分，我们将重点介绍适用于所有工艺的金属3D打印的一般方面。我们还将探讨它们如何与“传统”制造工艺进行比较。通过这种方式，您将更广泛地了解如何充分利用这种独特的制造技术。但首先，简短的历史课...
80年代后期，德克萨斯大学的CarlDeckard博士开发了第一台激光烧结塑料3D打印机。这项发明为金属3D打印铺平了道路。
1995年，德国弗劳恩霍夫研究所申请了第一项激光熔化金属的专利。像EOS和许多大学这样的公司引领着这一过程的发展。
1991年，麻省理工学院的ElySachs博士推出了一种3D打印工艺，该工艺如今更广为人知的是BinderJetting。1995年，金属粘合剂喷射技术被授权给ExOne。
金属3D打印在00年代实现了缓慢但稳定的增长。这种情况在2012年后发生了变化，当时原始专利开始到期，GE、HP和DM等公司进行了大量投资。
今天，Wohler的报告估计金属3D打印市场价值7.2亿美元，并且增长迅速。仅2017年一年，金属3D打印机的销量就增长了80%。
重要的是要了解金属3D打印是一种具有许多独特优势的强大工具。然而，它目前的局限性并不总是使其成为金属零件制造的最佳选择。
在这里，我们总结了金属3D打印最重要的优点和缺点。使用它们来了解金属3D打印在今天的位置以及在不久的将来会走向何方。
在这里，我们收集了金属3D打印的关键工业应用示例。它们说明了该技术的一些主要优点和局限性。使用它们来更好地理解工程师为什么选择金属3D打印来满足他们的特定应用。
创建轻质结构对于航天工业来说至关重要。目前将一公斤有效载荷发射到太空的成本约为10,000至20,000美元。因此，拓扑优化零件的金属3D打印在这里具有巨大的潜力。
例如，Optisys是微型天线产品的供应商。他们使用DMLS/SLM将其跟踪天线个。通过这种简化，Optisys设法将交货时间从11个月减少到2个，同时重量减轻了95%。
可用于金属3D打印的金属材料数量正在迅速增长。如今，工程师可以从以下合金中进行选择：
不锈钢是一种具有高延展性、耐磨性和耐腐蚀性的金属合金，易于焊接、机加工和抛光。
铝是一种具有良好强度重量比、高导热性和导电性、低密度和天然耐候性的金属。
金属3D打印机的成本因技术而异。DMLS/SLM打印机的平均售价为550,000美元，最高可达200万美元。金属粘合剂喷射系统的成本约为400,000美元。一台MetalExtrusion打印机将花费您大约140,000美元，包括后处理单元。
典型DMLS/SLM零件的制造成本约为5,000-10,000美元（包括精加工）。对于粘合剂喷射和金属挤压，每个零件的成本可以比DMLS/SLM零件低5-10倍。不过，在撰写本文时，评估这些系统的全部运营成本还为时过早。
独立于流程，金属3D打印部件需要至少48小时，平均5天的时间来制造和完成。
大约50%的总生产时间用于印刷。当然，这取决于零件的体积和对支撑结构的需求。作为参考，现代金属3D打印系统的当前生产率在10-40cm³/h之间变化。
剩余的生产时间与后处理和精加工要求有关。热处理对总生产时间的贡献很大：典型的热循环持续10到12小时。机械表面处理也可能是一个耗时的步骤，因为它们需要专家（5轴CNC加工）或人工（手工抛光）的输入。
当您在金属3D打印和减材（CNC加工）或成型（金属铸造）技术之间进行选择时，始终从成本与性能分析开始。
一般来说，制造成本主要与产量有关，而零件的性能很大程度上取决于其几何形状。
金属3D打印的关键优势在于它能够创建具有复杂和优化几何形状的零件。这意味着它是制造高性能零件的理想选择。另一方面，它的规模不如CNC加工或大批量金属铸造。
根据经验：金属3D打印的高成本只有在与性能或运营效率的显着提高相关时才具有经济意义。当然，每种金属3D打印工艺都满足不同的工业需求。
DMLS/SLM是具有高几何复杂性（有机、拓扑优化结构）的零件的最佳解决方案，这些零件需要出色的材料特性来提高最苛刻应用的效率。
粘合剂喷射是中低批量生产的最佳解决方案，无法证明成型方法的大量经济投资是合理的，并且对于几何形状无法通过减材方法有效制造的零件来说是最佳解决方案。
金属挤压是金属原型和一次性零件的最佳解决方案，这些零件的几何形状需要5轴CNC机床才能制造。
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