金属3D打印真相：优势、劣势及趋势
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工程师只有充分了解更多关于金属3D打印技术的知识，才能更好的利用它。
当涉及金属零件小批量制造时，金属3D打印技术会被视为首选，这项技术的成功应用极大推动了3D打印市场的发展并带来了制造方式的深刻变革。很长一段时间内，金属3D打印技术被认为无所不能，然而作为技术本身，却有着不可忽视的局限性。
3D打印区别于以往的减材制造，生产制造领域的专业人员若想成功运用这项技术充分发挥其潜力，就必须了解其制造过程，采用增材思维模式规避设计缺陷。
3D打印铝合金复杂一体式散热片
•金属打印方法
当前，金属3D打印主要工艺包括SLM、EBM、3DP、LENS、LMD等类型，每种工艺各有特点并拥有各自的市场应用基础。金属3D打印比塑料打印要复杂的多，针对其复杂性，金属打印需要使用设备商认可的材料、工艺，但即便如此，仍然存在诸多失败风险。
LENS、LMD都是采用喷粉形式输送金属粉末，激光在沉积点将粉末熔化成型，该过程也可使用金属丝完成，通常用来打印大型、低保真零件，也可用来进行零件修复。
3DP用于金属打印是近几年才兴起的新型工艺，首先采用粘接方式实现零件成型，最后通过高温烧结实现冶金熔化。该工艺突破了SLM的效率缺陷与尺寸限制，成本更低，被大型制造商看好。
SLM和EBM归为粉末床熔化技术，采用激光或电子束熔化粉末，相对于其他金属打印技术，粉末床熔化技术的制作效率较慢，但可以高精度打印复杂结构部件，零件强度高、耐用，随之而来是需要对零件进行更为仔细的设计。
以上每一种金属打印技术都可以达到很好的效果，能够满足其应用领域，然而由于当前用户普遍缺乏设计制造知识，金属打印也常常被误解为无所不能。
SLM打印的钛合金复杂结构部件，由网格代替实体
•金属3D打印并非无所不能
金属3D打印因可以制造传统工艺无法实现的设计而闻名，然而金属3D打印却也并非无所不能，并非所有的设计都适合用于金属打印。金属3D打印的服务商经常会被问及XX零件是不是可以打印，然而实际情况却是很多的设计无法“按照原样”进行打印，客户需要对设计进行修改，以规避金属打印的制造弊端。
当一些客户把原来希望用SLS或者SLA打印的部件改用SLM制作时，会发现SLM做不了，这是因为金属打印相对来说更为复杂，需要考虑更多的设计问题。
另一个常见的误解是金属打印优于传统减法制造方式，如CNC，实际上如果减法制造可以完成加工应该首先选择。CNC加工往往可以制造大尺寸零件，效率高，而且针对CNC优化的零件可能无法直接进行金属3D打印。金属打印如SLM、EBM打印尺寸较小，往往需要添加支撑和繁琐的后处理，这些都会改变原始的设计。
金属部件打印时间越长，失败的风险就越高。零件在反复的加热和冷却过程中产生大量的应力，构建零件所需的时间越长，零件在打印过程中由于体积大而变形的可能性就越大，并且内应力会一直增加而无法在打印过程中释放。当应力达到一定程度时，零件会发生翘曲变形甚至脱离基板，此时打印失败。这种时候，CNC加工比金属打印要更快更经济。
3D打印多孔髋关节置换部件可促进骨骼生长进入植入物
•3D打印的优势和劣势
与任何其他技术一样，金属3D打印也有优缺点，重要的是如何开发并利用好该工艺。金属打印的优势是可以创建高强度、轻量化的复杂部件，零件几乎完全致密，可制造传统手段无法加工的内部精密结构，而且产生的材料浪费极少。
金属打印的另一优势与其可靠性有关。虽然构建金属零件需要找到最佳的参数、摆放角度以及相应的设计，但一旦确定下来，金属打印的一致性非常好，每次都会产生相同的部件。如此一来，对于给定的零件，金属打印零件性能的可预测性以及效率便不能被忽视。
速度和成本无法引导人们追逐这项技术，这也是金属3D打印当前的劣势，较慢的打印速度以及高昂的成本严重限制了金属3D打印的推广应用。基于此，航空航天以及汽车行业成为该技术的早期用户，高强度、轻质量的结构极好的满足了这些行业的需求。有大量证据表明，高端应用正在推动金属3D打印的需求。
相比于塑料3D打印，金属打印需要花费的时间更长，它通常还需要多次打印来验证和修复设计的合理性，以便实现后期的批量生产。即便如此，这项技术仍然带来了巨大突破。
在零件进行打印之前，设计师应该考虑零件的首选材料，尽管设备商声称有很多材料可以用于3D打印，但实际上可用的材料很有限。材料工艺的开发会花费大量时间并需要反复验证，而且材料与设备工艺是一对一匹配，更换了设备或者更换了材料，工艺无法通用，这也是该工艺棘手的方面。
目前常用的金属材料包括不锈钢、铝合金、钛合金、钴铬合金等，选择最合适的材料对于零件能否满足使用要求至关重要。
金属3D打印另一需要考虑的问题是表面质量，由于逐层制造，有的位置还需要添加支撑，金属打印的零件往往表面质量较差，需要采用CNC二次加工或采用手工打磨和抛光。而且这些加工也仅能限于加工工具可以触及的区域，如果零件太薄或者太复杂，甚至无法进行表面处理。
尽管金属3D打印并不像塑料打印那么容易，但由于工艺要求较高，优势也很明显，完善设计过程是值得的。
•金属打印的趋势
金属打印的零件往往需要二次加工才能使用，这使得金属3D打印将与传统的CNC加工配合使用，同时增减材一体设备也将占据一定地位，在一台设备中组合完成所有操作是有益的。
CNC可以完成精细结构特征的加工，例如在打印的零部件上面加工螺纹、完善表面质量，将金属打印和CNC加工相结合将是3D打印服务商的一种模式。
虽然增减材一体设备会成为市场增长点，但传统的金属打印机也会持续增长，业界希望3D打印技术走向主流。金属打印的发展和应用将取决于工程师和设计师对3D打印的广泛知识，设备商有责任分享这些经验。
随着技术的发展，金属打印速度会不断得到提升，成本会逐渐降低，材料也会更加丰富。总体而言，只要敢于尝试，金属3D打印会为未来制造业的发展做出贡献。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：金属3D打印真相：优势、劣势及趋势