解析Velo3D和EOS的SLM无支撑金属3D打印解决方案

多年以来，无支撑金属3D打印一直被认为是传统SLM技术发展的重要里程碑，VELO3D公司也因此名声大噪并取得了商业成功。在统治这项技术多年以后，行业内在2023年可谓迎来了突破式的进展，EOS、铂力特以及华曙高科纷纷宣布取得了重要进展。Velo3D的成功，在于告诉大家，SLM技术可以实现无支撑；而更多厂商实现无支撑打印，则将给市场带来更巨大的应用潜力。

诸多的分析文章认为，SLM无支撑打印工艺的实现在于在打印过程中实时调整了激光参数并配以合适的铺粉速度等操作来实现，但Velo3D从未公开过其铺粉过程的视频。究竟如何实现，目前也并未有100%确定的答案。除此之外，通常也认为无支撑的实现需要修改零件设计并配合局部特殊工艺，这在《反其道而行之，EOS工程师介绍无支撑粉末床金属3D打印策略》一文中进行了详细介绍。支撑对于激光粉末床工艺来说至关重要，它的主要作用是传导热量、抵抗残余应力和应对刮刀冲击作用，但最终的目的是为了消除打印过程中局部过热带来的一系列问题。

倘若在打印过程中，时刻按照零件当前的温度状态输入“刚刚够”的能量，使其仅用于当前层截面的熔化呢（理想假设），那么就不存在热量过多产生应力的问题，也不存在周围粉末吸收多余能量出现粘附的现象。在这种理想的状态下，就不需要支撑去导热，也不需要它拉住工件。这种工艺便是智能化的判断和能量输入方法。

最为理想的状态是一种基于机器学习的控制方法，系统根据监控数据自动计算当前需要多少能量从而匹配参数，但目前来说难以做到。不同参数的组合确实能够计算出一个确定的能量值，但激光的输出和熔化过程实则非常复杂，确定的能量值也有数之不尽的参数组合，目前的发展阶段尚难以做到无需人的干预实现工艺匹配的完全智能化。但它一定是AI和SLM相结合的一个重要的发展方向，它需要积累海量的数据用以学习和训练。

接下来，3D打印技术参考主要总结Velo3D和EOS 无支撑SLM金属3D打印解决方案的实现方式。

3D打印技术参考通过对其公开视频的反复研判及技术资料得出Velo3D实现无支撑打印的几条重要因素包括：铺粉过程、变化的能量输入以及实时反馈机制。

Velo3D采用了一种非接触的上送粉方式，它被称为实现无支撑打印的关键技术之一：送粉机构分为三个部分，在打印完一层后，送粉机构的前置“漏斗”沿打印区域洒下粉末，中间的刮片将粉末刮平，后置吸粉器可将多余粉末吸走，保证粉层厚度。在整个过程中，Velo3D避免了传统刮刀对打印件造成的摩擦及其它作用力，并能够在一定范围内容忍凸起。

另外，Velo3D明确指出在打印小角度特征的过程中，会减少热输入以防止变形，但不仅仅是降低激光功率；同时，一个零件不同的区域可能使用了不同的工艺参数，包括光斑大小，这种变化可能牺牲掉了表面质量但保证了效率，也有可能是保证了打印成功但牺牲掉了部分性能：总的来说，它提供了复杂的、经验证的激光参数，这些参数根据实际零件的几何形状而变化。

参数根据实际零件的几何形状而变化

实时监控与反馈也是保证打印顺利进行的重要手段，其所开发的打印机内置了920多个传统器，经过训练的监控机制能够识别出缺陷，当超过阈值时可通知工艺人员对相应区域进行工艺调整。

Smart Fusion可以实时自动调整激光功率，快速有效解决潜在的制造问题。该技术通过测量粉末床所吸收的激光能量，并使用先进的算法进行调整，可以有效避免甚至消除支撑结构。这不仅节省了时间，而且通过减少后处理和减少材料用量，降低了每个零件的成本（CPP）。 

Smart Fusion解决方案的核心是与EOS现有的监控解决方案（光学断层扫描）相结合，采用先进的算法来逐层监控构建过程，并将数据反馈到激光进行调整。这使整个构建平台的热量均匀分布，从而减少零件中的应力并避免金属过热和向不希望的方向移动。

这款工艺控制解决方案包括首创的实时闭环智能热管理，减少或消除了支撑结构，其性能比其他技术快2-5倍。

Smart Fusion主要优势：

• 设计自由度高

• 降低单件成本

• 缩短上市时间

采用60微米工艺和Smart Fusion打印的推进剂罐

采用60微米工艺和Smart Fusion打印的卫星碟