不用密封舱，在开放环境3D打印钛合金？“动态气盾+熔池控制”共同保障！

激光/电弧沉积技术在3D打印大多数金属时，直接在打印头处提供局部保护气体就足够。但对于钛等极易氧化的材料，德国弗劳恩霍夫增材制造技术研究所指出，仍可能需要额外的保护气体装置，如密闭舱、局部保护罩等。

这将极大提高技术的使用成本，并限制灵活性。

而一家名为LabAM24的企业，通过所开发的无腔室惰性气体屏蔽系统（MST）和熔池控制技术（RT-MCT），能够在开放环境中高质量3D打印钛合金等易氧化材料，并且已经实现了产品交付。

动态局部气氛保护+熔池控制

LabAM24开发的一整套平台包含三部分——自适应惰性气体保护系统（MST）、闭环热调节实时温度测量与控制技术（RT-MCT），以及模块化的打印头，前两者是实现开放环境高质量3D打印的关键。

1. MST双层气体保护系统

该系统采用多通道自适应气体输送和实时氧气监测，可在多轴沉积过程中将氧气浓度维持在20ppm以下，它在打印过程中构建了双层动态保护屏障。

打印喷嘴包含多个围绕沉积轴对称布置的惰性气体入口，在喷嘴下方汇聚可形成一个内层保护区，直接将熔池包裹在内。

每个入口的气体流量均可独立调节，保护区能够根据喷嘴与工件之间的距离、沉积角度和工具方向的变化而持续调整，从而确保高温熔池在倾斜沉积、曲线和复杂多轴运动过程中始终得到有效保护。

沿激光束路径还有一个外部保护区，形成第二层保护，它限制环境空气卷入并抑制氧气向内区扩散，可将惰性环境保护延伸至正在冷却的高温已凝固部分。

这种内外两层保护，可在整个沉积过程中获得稳定的表面质量并最大限度的防止氧化。

2. RT-MCT热控制技术

RT-MCT的作用是为了防止熔池“跑出”气体保护区。

在稳定条件下，熔池被有效地封闭在气体保护区内。但当几何形状发生变化、热量积累或发生多轴运动时，熔池可能会扩展到有效保护区之外，如果不加以纠正，会增加氧化和焊缝不稳定的风险。

RT-MCT系统采用红外摄像机，对熔池的热行为进行连续监测。当熔池超过预设的温度阈值或形状阈值时，控制系统会实时识别到这种偏差，系统便通过降低激光功率来缩小熔池，使其重新回到保护区域内。

LabAM24正是通过MST和RT-MCT两套系统配合使用，在长时间构建和复杂的多轴打印路径中保持质量稳定。

钛合金、铌合金和镍基合金打印效果验证

1.3D打印钛合金验证

在2025年发表的一篇论文中，LabAM24展示了所开发平台的使用效果。

首先是一个钛合金的薄壁圆柱结构，在未使用MST系统的情况下，零件出现明显的热着色好氧化；而使用了动态气源保护的零件则表面均匀、无可渐变色。

其次是一个500mm高的锥形结构。在仅使用MST而未开启熔池控制的情况下，整体形状虽能成型，但出现了层高局部变化、堆叠不均及局部氧化等缺陷；而两套系统都开启的零件，则堆叠均匀、层状一致，且未观察到氧化。

这两个实验证明了双系统协同才能实现高质量的3D打印。

2. 3D打印镍基高温合金验证

近期，该企业还展示了一件高1.6米的导弹形部件的沉积过程，它使用0.8mm的In625合金打印，底部三分之一沉积时未使用MST，有有明显氧化；剩余三分之二启用MST后，表面颜色明显更清晰，展示了MST在没有封闭腔室的情况下防止氧化的效果。

3. 3D打印铌合金验证

同样在最近，LabAM24向韩国航天研究院交付了3个C103铌合金3D打印的火箭喷嘴。

铌C-103是一种对氧化极敏感的难熔合金，在没有惰性腔室的环境中会更加明显，但这三个喷嘴同样在开放环境中完成的制造。

机械测试表明，其极限抗拉强度为470-495 MPa，屈服强度为378-445 MPa，延伸率为22.2%-29.4%，所有指标均高于ASTM B655最低标准。

最终零件尺寸为⌀150mm x 70mm (h) ，厚度仅1mm，只需极少的后加工即可实现最终形状。

END

目前的激光能量沉积3D打印正在试图省去密封舱，但在复杂沉积路径或悬垂几何形状中，往往难以维持高度惰性的环境，仍然容易造成部分氧化、表面变色和机械性能降低。

LabAM24所开发的这套动态气体保护为更加灵活的3D打印提供了思路，将使制造灵活性大幅提高，同时降低技术使用成本，为航空航天等行业应用提供了便携式、无腔室气源保护方案。

注：本文由3D打印技术参考创作，未经授权，谢绝转载。#增材制造 #3D打印