【編者按】增材制造 (AM) 姚淆，又稱 3D 打印，以 21 世紀(jì)第一次制造革命的姿態(tài)出場(chǎng)，其與由毛胚去除多余材料的減式制造法不同元丈，金屬 AM 以一層一層的方式建立功能性最終產(chǎn)品或產(chǎn)品特性。在選擇合適的金屬3D打印機(jī)之前喘建，有5件事需要考慮显驼，了解以下內(nèi)容，就可以先選出適合自己企業(yè)應(yīng)用需求的增材制造技術(shù)了坯临。

增材制造 (AM) 焊唬，或稱 3D 打印，以 21 世紀(jì)第一次制造革命的姿態(tài)出場(chǎng)看靠，其與由毛胚去除多余材料的減式制造法不同赶促，金屬 AM 以一層一層的方式建立功能性最終產(chǎn)品或產(chǎn)品特性。此堆積法較減式制造法提供許多優(yōu)點(diǎn)挟炬，包括增加設(shè)計(jì)彈性鸥滨、改善最終產(chǎn)品的效能、減少上市時(shí)間辟宗、降低制造成本及延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命等爵赵。這些優(yōu)勢(shì)驅(qū)動(dòng) AM 技術(shù)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的生命周期，由新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，至少量制造空幻，至產(chǎn)品修理烁峭。擴(kuò)展閱讀：3D工業(yè)打印機(jī)最新技術(shù)與應(yīng)用專(zhuān)題

使用粉末金屬 AM ，新產(chǎn)品可以利用減式制造法難以或無(wú)法達(dá)致的材料性質(zhì)及幾何形狀制得秕铛。嶄新的材料可以藉由摻合兩種或多種粉末以形成新的合金及復(fù)合物而制得挤毯，以面對(duì)特定的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。粉末的組合甚至可以在建造的過(guò)程中逐漸改變讯完，以建立功能分級(jí)的材料两漫，來(lái)避免腐蝕、疲勞于扳、斷裂及應(yīng)力破裂宅集。

不銹鋼電子外殼，全鑄造件的建造時(shí)間為 52 周炸穿，先機(jī)造基礎(chǔ)外殼再以 AM 在外殼上直接堆積垂直細(xì)節(jié)的建造時(shí)間降低至 3 周拔灾。另外， AM 技術(shù)可用于 3D 打印具有內(nèi)部孔洞的金屬零件暖鬓，例如继锰，冷卻通道。AM 法亦可制造具有極佳機(jī)械性質(zhì)的零件麸档。歐洲航空防衛(wèi)及航天公司 (EADS) 進(jìn)行一項(xiàng)高循環(huán)疲勞試驗(yàn)計(jì)畫(huà)及窃，以評(píng)估利用 Optomec LENS 3D 印表機(jī)制得之鈦樣品的性質(zhì)。EADS 發(fā)現(xiàn)樣品的機(jī)械性質(zhì)通常等同于鍛造金屬并且其疲勞性質(zhì)符合航太標(biāo)準(zhǔn)乃沙。多個(gè)機(jī)構(gòu)也對(duì)其他 LENS 3D 打印的金屬進(jìn)行測(cè)試起趾，包括不銹鋼及超合金，例如英高鎳 (Inconel) 崔涂。

傳統(tǒng)的減式制造法通常涉及數(shù)個(gè)分段的步驟阳掐，以及相關(guān)的資本設(shè)備及物流需求，而 AM 則可以單一連續(xù)步驟制得所欲組件或產(chǎn)品特性的本體冷蚂，因此降低整個(gè)操作數(shù)量及節(jié)省循環(huán)時(shí)間與成本缭保。同時(shí)，因?yàn)?AM 法是以 3D CAD 模型直接驅(qū)動(dòng)蝙茶，原型化或制造時(shí)不需使用工具處理艺骂，所以可進(jìn)一步降低新設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)改版的成本及上市時(shí)間。此外隆夯， AM 法僅在需要的地方沉置材料钳恕，所以可以減少浪費(fèi)。這對(duì)使用較高價(jià)值的材料（例如蹄衷，鈦及超合金）尤其重要忧额，因?yàn)樵擃I(lǐng)域特別重視材料的有效使用厘肮。

航天業(yè)以BTF(Buy-To-Fly) 比率定義材料效率，其為原毛胚重量對(duì)完工零件重量的比率武帚。據(jù)天 工社所知咆杯，使用傳統(tǒng)的減式制造法，飛機(jī)引擎制造商表示簡(jiǎn)單零件有高至 85% 的材料浪費(fèi)称海，而復(fù)雜零件的材料浪費(fèi)更高達(dá)95% 终太，因此，飛機(jī)引擎制造商特別想要使用節(jié)省材料的AM 法來(lái)制造這些高價(jià)值的組件脓甘。有些公司甚至將AM 法與減式制造法結(jié)合成混合制造法辰丛，以充分利用各方法的優(yōu)勢(shì)，例如茅祠，建造不銹鋼電子外殼所需要的時(shí)間向酝，由傳統(tǒng)全鑄造件的 52 周降低至 AM 法的 3 周。

AM亦用于延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命及修復(fù)受損的現(xiàn)役零部件舒跌，例如村肯，位于美國(guó)阿拉巴馬州的Anniston陸軍補(bǔ)給站使用AM技術(shù)修理Abrams M1坦克的引擎組件，M1坦克引擎（例如疏菩，Honeywell AGT1500）在沙漠環(huán)境中工作，因此會(huì)經(jīng)歷極端的磨損刨仑，而需要較短的維修周期郑诺。因?yàn)楦邷睾附舆^(guò)程所引起的變形效應(yīng)，使得AGT1500引擎組件難以傳統(tǒng)方法修理杉武，如果使用AM法修理辙诞，高度集中的雷射光可將能量及粉末化金屬準(zhǔn)確送至待修區(qū)域，因此可以降低熱影響區(qū)域（Heat Affected Zone轻抱，HAZ）飞涂，而能修理這些引擎組件。

渦輪機(jī)引擎組件的修理通常是針對(duì)遭受磨耗損害的翼形區(qū)域（例如祈搜，尖端）或未施加有效疲勞負(fù)載的區(qū)域（例如壓縮機(jī)葉片的某些前緣區(qū)域）實(shí)施较店。因?yàn)榻M件設(shè)計(jì)的趨勢(shì)移往整合葉片轉(zhuǎn)子（Integrally-Bladed-Rotors，IBRs）或槳盤(pán)（Blisks或Blade/disk）容燕，以降低重量及改善引擎效能梁呈，這些組件的修理變成重大議題。在傳統(tǒng)的槳盤(pán)中蘸秘，如果轉(zhuǎn)臺(tái)（Stage）的一個(gè)葉片損壞或磨損官卡，其可以合理的價(jià)格更換。

材料      使用LEN吹粉系統(tǒng)的價(jià)格（美金/kg）    使用傳統(tǒng)粉末床系統(tǒng)的價(jià)格（美金/kg）

Ti-6-4            220-380                             　貴2倍以上

不銹鋼             16-25                                貴8倍以上

英高鎳(Inconel)       90                                貴2倍以上

粉末床金屬增材制造(AM)系統(tǒng)的粉末通常僅能由系統(tǒng)供應(yīng)商提供僚洋，其價(jià)格通常較吹粉AM系統(tǒng)等量材料貴2-8倍剥乍，另外泊术，系統(tǒng)供應(yīng)商通常會(huì)要求大約10kg的最小購(gòu)買(mǎi)量，使得以粉末床系統(tǒng)建造相同零件的成本明顯要高的多斧炎。

但是沃菩，據(jù)了解，如果一個(gè)槳盤(pán)的翼形損壞或磨損睬肮，必須更換整個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)伐薯，價(jià)格相當(dāng)貴，槳盤(pán)的預(yù)估制造成本為美金100,000至500,000元匣诉。因此诡岂，其面臨的挑戰(zhàn)是開(kāi)發(fā)有效的修理技術(shù)，確保所有的翼形均可修理曾瞪。在龍頭航天制造商進(jìn)行多年的制程開(kāi)發(fā)及獨(dú)立測(cè)試后登鄙，AM衍然成為修理槳盤(pán)的較佳解決方案。

因?yàn)锳M的應(yīng)用廣泛掰儿，工業(yè)界對(duì)該技術(shù)的興趣正快速增加骤公，相關(guān)制程在許多產(chǎn)業(yè)（包括航天、國(guó)防扬跋、能源及醫(yī)療設(shè)施等）中被開(kāi)發(fā)及驗(yàn)證阶捆。粉末法是目前最常使用的金屬3D打印，也有使用線狀原料的金屬AM系統(tǒng)钦听，與粉末系統(tǒng)相較洒试，其能以較快的速率沉置材料，但因?yàn)樾枰吣芰繜嵩磥?lái)熔化線材朴上，所以會(huì)增加變形的風(fēng)險(xiǎn)垒棋。

兩種最為人習(xí)知用于建造零件的粉末AM技術(shù)為”粉末床法”及”吹粉法”，各有其優(yōu)勢(shì)痪宰。在粉末床系統(tǒng)中叼架，雷射將一床金屬粉末選擇性熔化并一層層累積成實(shí)體零件，在第一層粉末散布及燒結(jié)后衣撬，該床再填入第二層粉末并選擇性燒結(jié)乖订，重覆此步驟直到零件完全形成，因?yàn)樽罱K成品是埋在粉末膏中具练，在多余的粉末未去除前垢粮，無(wú)法看到。在吹粉系統(tǒng)中恐氓，制程持續(xù)將粉末經(jīng)由噴嘴吹向高能雷射或其他熱源（例如抬奠，電子束）的焦點(diǎn)，生成的熔融金屬池再利用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)移動(dòng)叛剩，并在自由空間組立零件蚓绞，當(dāng)零件一層層形成時(shí)泉疆，整個(gè)過(guò)程都看的到。

粉末床法適合制造小而復(fù)雜的零件雌吱，其可以得到較佳的表面加工滑攘。吹粉法適合將材料加至現(xiàn)有的零件（例如，進(jìn)行修理或混合制造）及建造較大的零件盼蝴，其可以制得具有優(yōu)異機(jī)械性質(zhì)的零件超璧。對(duì)建造小的金屬組件而言，粉末床機(jī)器可用于許多方面卖织，除非須使用功能分級(jí)的材料或所要的材料不是粉末床系統(tǒng)常用的材料嘴缓。建造大的零件或者修理磨損或不良的金屬組件，應(yīng)該考慮諸如Optomec提供的吹粉機(jī)器萤晴。

另一個(gè)重要的考量是想要什么金屬及粉末的價(jià)格吐句，例如，Optomec’s LENS 3D打印機(jī)常用的材料包括工程合金店读，如不銹鋼嗦枢、工具鋼、鈦合金及鈷合金屯断，另外文虏，該打印機(jī)也可以處理多種更為異類(lèi)的材料，如某些陶瓷及耐火金屬殖演，因?yàn)樵S多供應(yīng)商都有賣(mài)這些粉末择葡，所以價(jià)格得以降低。

粉末床系統(tǒng)所用的粉末通常僅能由系統(tǒng)供應(yīng)商提供剃氧，其價(jià)格通常較吹粉AM系統(tǒng)等量材料貴2-8倍，另外阻星，系統(tǒng)供應(yīng)商通常會(huì)要求大約10kg的最小購(gòu)買(mǎi)量朋鞍，使得以粉末床系統(tǒng)建造相同零件的成本明顯要高的多。

在與金屬3D打印機(jī)的供應(yīng)商洽談之前妥箕，有5件事需要考慮滥酥，回答這些問(wèn)題，就可以先選出適合自己應(yīng)用需求的AM涮婿，不論是粉末床法或吹粉法棍丽。

1、單位需要什么樣的增材制造(AM)掠佛？

a慈翔、快速原型或少量制造

－考慮粉末床或吹粉系統(tǒng)

b、快速原型蔽碘、少量制造因镊、新合金開(kāi)發(fā)托茅、混合制造、再制或現(xiàn)役零件修理

－考慮吹粉系統(tǒng)

2晋劫、需要建造什么樣的零件尺寸层焚？

a、建造體積250mmX250mmX250mm的小零件

－考慮粉末床系統(tǒng)

b怎机、建造體積900mmX1500mmX900mm的小零件及大零件岸腔？

－考慮吹粉系統(tǒng)

3、想要使用什么材料仲闽？

a脑溢、鋁、鈷鉻黃蔼囊、麻時(shí)效鋼（Maraging Steel）焚志、鎳合金、不銹鋼或鈦

－考慮粉末床系統(tǒng)

b畏鼓、鋁酱酬、鈷鉻黃、麻時(shí)效鋼（Maraging Steel）云矫、鎳合金膳沽、不銹鋼、鈦让禀、工具鋼挑社、鈷、碳化物巡揍，陶瓷或復(fù)合材料

－考慮吹粉系統(tǒng)

4痛阻、金屬?gòu)?fù)合材料或分級(jí)金屬結(jié)構(gòu)是否可提高設(shè)計(jì)價(jià)值？

a奸桃、否

－考慮粉末床或吹粉系統(tǒng)

b音拢、是

－考慮吹粉系統(tǒng)

5、材料性質(zhì)對(duì)應(yīng)用的重要性有多大葬陡？

a丈蛇、有些重要

－考慮粉末床或吹粉系統(tǒng)

b、非常重要

－考慮吹粉系統(tǒng)

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