金屬3D打印是怎么被想到的?

小小補(bǔ)充一下:
現(xiàn)有的金屬3D打印技術(shù)主要通過不同的增材的方式分為兩大類:通過一層層鋪金屬粉末并選擇性固化的 PBF (Powder-bed fusion) 和 噴頭直接噴出粉末并融化的 DED (Direct energy deposition)。
前者可類比成金屬版的SLA,而后者則更像是金屬版的FDM(個人理解)。
這兩大類的優(yōu)缺點(diǎn)比較:
PBF 因?yàn)榭梢赃x用很細(xì)的粉末做很細(xì)的分層,所以打印精度很高,甚至能做到微米級的精確度,而且可以打印很復(fù)雜的結(jié)構(gòu),打印出來的完成度很高(不太需要二次加工)。
但是相應(yīng)的,這種方法打印速度較慢,而且打印范圍取決于打印床的大小,相對有限,所以打印大件會相對困難且成本高。打印材料也更貴(不過好處是打印完的廢料好回收)
DED 就好玩了,因?yàn)槭穷愃朴趂dm的那種用噴頭來打印的技術(shù),所以打印的自由度很高,打印范圍也很自由。打印速度較快,且材料成本也相對低廉。最有意思的是,因?yàn)樗恍枰按?,所以甚至可以在已有結(jié)構(gòu)上進(jìn)行增材打印,比如修補(bǔ)已有打印件或者增制外殼等。同時因?yàn)榇蛴〗Y(jié)構(gòu)比較集中(就一個打印頭嘛),甚至有些高級的機(jī)器可以同時擁有DED打印和機(jī)加工能力,做到了增材和減材我全都要的NB水平!
但相應(yīng)地,這種打印技術(shù)精度就比較差,通常只能做到毫米級打印,且只能打印相對簡單的結(jié)構(gòu),完成度也不是很好,往往打印完以后需要二次加工。且由于所有噴出的材料都會過一遍激光,打印廢料很容易燒結(jié),通常更難回收。
而 PBF 則可通過不同的融化方式進(jìn)一步分為兩種:用激光進(jìn)行融化的L-PBF (Laser-PBF) (也就是up視頻里講的SLS 和 SLM)和用電子束來融化的EBM (Electron beam melting)。這二者之間的差別也很值得一提:
L-PBF在打印過程中,激光只會加熱到需要打印的結(jié)構(gòu),所以非打印結(jié)構(gòu)(余料)會依舊保持一盤散沙的狀態(tài),因此還是需要像FDM和SLA那樣在角度較小的懸空的結(jié)構(gòu)下設(shè)計(jì)支架方式防止打印過程中發(fā)生塌陷。
但是EBM就有意思了,因?yàn)榇蛴〔牧先菍?dǎo)電的,所以哪怕你只照射你需要固化的部分,非打印結(jié)構(gòu)也會由于導(dǎo)電而發(fā)生燒結(jié)。所以!打印完成后取出會是一整個大鐵塊!需要放到噴砂機(jī)里把脆弱的燒結(jié)的余料沖掉二留下堅(jiān)硬的打印部分
這導(dǎo)致了三個有趣的差別:
1. L-PBF 在設(shè)計(jì)過程和切片過程中需要考慮添加支架,而EBM因?yàn)闊Y(jié)的余料可以一定程度上充當(dāng)支架,所以很多時候可以省去這個麻煩
2. L-PBF 因?yàn)橹皇抢眉す庹丈渥龅礁邷厝诨脑?,所以在原料上有更廣的選擇范圍,而不像EBM,由于通過電子束加熱的方式,必需要導(dǎo)電材料。
3. 由于在打印完成后L-PBF的余料依舊是一盤散沙,所以打印完以后打印結(jié)構(gòu)很容易取出,且余料可以直接回收再利用,但由于EBM的余料都會發(fā)生燒結(jié),所以需要進(jìn)一步處理才能回收,不能直接再利用
不過由于金屬粉末本身很容易被吸入肺中導(dǎo)致健康問題,所以打印以及回收過程都需要專業(yè)操作和預(yù)防措施來規(guī)避這個問題。
但正如up所提到的,電子束溫度更高,融化得更徹底,所以打印完成后部件不會因?yàn)閮?nèi)應(yīng)力的殘留而崩裂,但L-PBF就容易在打印完成后被殘余的應(yīng)力而才部件內(nèi)部發(fā)生崩裂,空隙,或扭曲,也需要花費(fèi)更多精力在設(shè)計(jì)上去規(guī)避這個問題
正好因?yàn)檫@學(xué)期選了3D打印的課,所有稍稍班門弄斧一下補(bǔ)充一點(diǎn)相關(guān)知識,總之非常感謝up給我們帶來的金屬3D打印方面的科普!也希望這篇筆記能給各位科普一些更多的關(guān)于主流的三種金屬3d打印方法(L-PBF,EBM和DED)的知識!撒花??!