在過去的幾年里，金屬3D打印受到了很多人的關(guān)注，金屬增材制造（AM）市場(chǎng)在過去十年里得到了真正的增長。根據(jù)SmarTech Analysis的《2020年金屬粉末增材制造》報(bào)告，在過去五年中，金屬3D打印硬件收入增長了近3倍，材料銷售增長了近6倍。

在金屬增材制造領(lǐng)域，目前主要部署了幾種技術(shù)，包括：激光粉末床熔融(L-PBF)、電子束粉末床熔融(E-PBF)、定向能量沉積(DED)和間接金屬打印(BMP)。

在這些3D打印系統(tǒng)當(dāng)中，沒有誰是最好的，選擇哪種技術(shù)類型，選擇哪個(gè)廠商的設(shè)備主要取決于你想做什么。

2020年9月27日，南極熊注意到國外媒體發(fā)布了一份《2020進(jìn)口金屬3D打印機(jī)選購指南》，作者通過自己的知識(shí)和對(duì)終端用戶、經(jīng)銷商和研究人員的采訪整理而成，可以用于指導(dǎo)客戶如何選用金屬3D打印機(jī)。當(dāng)然，這份購買指南中所出現(xiàn)的金屬3D打印機(jī)均為國外廠商的產(chǎn)品，南極熊將其翻譯出來供國內(nèi)用戶參考。

南極熊此前也整理過一些金屬3D打印廠商的文章：

《小趨勢(shì)：18家多激光金屬3D打印廠商，劍指高效率/大尺寸/批量制造》

《小匯總:15個(gè)熔覆噴涂金屬3D打印技術(shù)廠商對(duì)比》

《大勢(shì)已來：8個(gè)噴射技術(shù)金屬3D打印廠商匯總對(duì)比》

間接金屬打?。˙MP）

△ExOne打印機(jī)被用來制造這種井下定子部件，用于石油和天然氣行業(yè)

到目前為止，炒作最多的是BMP，這是一種間接金屬3D打印技術(shù)，包括金屬粘結(jié)劑噴射和金屬擠出兩種。在粘結(jié)劑噴射中，粘結(jié)劑由噴墨打印頭沉積在金屬粉末床上，形成 "毛坯"金屬部件，然后在烘箱中脫脂和燒結(jié)后，得到致密的金屬部件。

人們還可以通過金屬擠出技術(shù)打印絲材，然后進(jìn)行脫脂和燒結(jié)。這本質(zhì)上是增加了燒結(jié)步驟的FDM技術(shù)，但這些機(jī)器與粘結(jié)劑噴射的機(jī)器類似。BMP的主要優(yōu)勢(shì)是它的成本可能比其他金屬技術(shù)低三分之一。

使用BMP工藝，可以實(shí)現(xiàn)良好的表面效果，機(jī)器的成本也相對(duì)較低。缺點(diǎn)是，單獨(dú)的燒結(jié)步驟難以控制。在不同壁厚、尺寸和幾何形狀下的零件收縮率會(huì)不同，這將使制造完全獨(dú)特的新零件變得困難。另一方面，盡管有單獨(dú)的脫脂和燒結(jié)步驟，從化學(xué)和安全的角度來看是很棘手的，但零件成本應(yīng)該很低。然而，在很多情況下，對(duì)于最高級(jí)別的零件性能，BMP將不如PBF合適。

Markforged metal X

△正在Markforged metal X上制作的切削刀具

Markforged的metal X系統(tǒng)價(jià)格相對(duì)低廉，結(jié)構(gòu)緊湊，軟件性能良好，真正拉低了金屬打印機(jī)的市場(chǎng)入門水平。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了良好的用戶界面，使用起來比較方便。Markforged還隨打印機(jī)一起運(yùn)送清洗和燒結(jié)站。metal X可以打印Inconel 625、17-4 PH不銹鋼和銅。

ExOne X1 25Pro

ExOne的X1 25Pro具有400 x 250 x 250 mm的構(gòu)建體積，并有四種不同的粘結(jié)劑和材料選擇，如316L、17-4PH、304L、Inconel 718、銅等。多年來，ExOne一直在冶金方面做了大量的工作。公司還在系統(tǒng)的可靠性和可重復(fù)性方面投入了研究，這使得X1 25Pro成為具有實(shí)際產(chǎn)量的入門級(jí)工業(yè)解決方案。

激光鋪粉金屬3D打印

△這款A(yù)iO噴嘴板在EOS M-290和EOS M 400機(jī)器上制造，過去是由超過125個(gè)獨(dú)立的部件組成，但現(xiàn)在是作為一個(gè)單元進(jìn)行3D打印。成本降低了一半，重量也減輕了。

激光鋪粉金屬3D打印技術(shù)L-PBF可以生產(chǎn)航空航天等行業(yè)所需的最高質(zhì)量、最高密度的高性能零件。機(jī)器的價(jià)格要貴得多，一般在50萬美元以上。初期投資和運(yùn)行成本很高。還需要后加工設(shè)備，如電火花加工或CNC（如同大多數(shù)3D打印技術(shù)制造的金屬零件一樣）。

但是，一旦你深入研究這項(xiàng)技術(shù)，你可以每天制造數(shù)千個(gè)小型部件。請(qǐng)注意，構(gòu)建體積填充滿零件打印可能需要一周或更長時(shí)間。這是我們所擁有的最經(jīng)得起考驗(yàn)、最符合行業(yè)要求的技術(shù)，能夠制造最精確的零件。它也是應(yīng)用最廣泛、研究最深入的技術(shù)。每年用L-BPF制作的牙橋和牙冠數(shù)以百萬計(jì)。

EOS M 290

△Euro-K使用M290和Inconel 718來制作微型燃燒器

EOS M 290是一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，特別是對(duì)于服務(wù)商。是最受歡迎的金屬系統(tǒng)之一，它是一個(gè)可靠的，相對(duì)無憂的打印機(jī)，被那些以3D打印作為生產(chǎn)系統(tǒng)的人喜歡。它非常可靠，EOS和它的客戶已經(jīng)積累了大量關(guān)于這個(gè)系統(tǒng)、材料、設(shè)置和性能的信息。

SLM Solutions SLM 500

盡管新的SLM 800及可連接多達(dá)5臺(tái)打印機(jī)的Hub是目前讓人津津樂道的產(chǎn)品，但SLM 500的使用記錄更為豐富。500是一款雙激光或四激光機(jī)器，它的出現(xiàn)標(biāo)志著我們行業(yè)的一個(gè)重要里程碑。前期的HL 50系統(tǒng)也是一個(gè)震撼，因?yàn)樵谀侵?，很多人都認(rèn)為SLM基本上是死路一條。HL和后來的500型系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。

Additive Industries metalFab1

△在Additive Industries的metalFab1上制作的鈦合金葉輪

Additive Industries的metalFab1打印機(jī)在一個(gè)模塊化系統(tǒng)內(nèi)輸送零件，所以零件不需要搬運(yùn)或輸送到系統(tǒng)的保護(hù)環(huán)境之外。這使打印機(jī)保持封閉，更安全，也降低了很多成本。他們的創(chuàng)新方法意味著這家年輕的初創(chuàng)公司很快就在商業(yè)航空和太空等嚴(yán)格領(lǐng)域贏得了全球客戶。這可能不是你的第一套系統(tǒng)，但由于它從根本上是為系列化生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的，因此對(duì)于那些尋求量產(chǎn)的人來說，它是一個(gè)值得考慮的機(jī)器。

GE Additive Concept Laser M2 Series 5

Concept Laser公司的機(jī)器在牙科領(lǐng)域以可靠的工作著稱。Concept Laser與其內(nèi)部咨詢部門和GE航空合作，對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，參數(shù)，跟蹤，記錄數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步優(yōu)化，使機(jī)器具有高度的可靠性和可重復(fù)性。M2有一個(gè)可切換的構(gòu)建模塊，這樣你可以從外部處理所有保持在機(jī)器安全惰性氣體室內(nèi)的零件。以GE的經(jīng)驗(yàn)來看，這絕對(duì)是一款值得關(guān)注的航空航天市場(chǎng)的機(jī)器。

EOS M400

△RUAG和CITIM設(shè)計(jì)的用于ESA哨兵衛(wèi)星的鋁制衛(wèi)星天線支架，減少了40%的零件重量

EOS的M400系統(tǒng)是一個(gè)大型的高生產(chǎn)率系統(tǒng)，它與M290配合使用。在M290上測(cè)試、開發(fā)、制造零件，然后移植到M400上生產(chǎn)。舉例來說，這意味著一些大學(xué)的合作伙伴可以制作很酷的新材料，這些研究成果可以快速地在M290上實(shí)施。然后，一旦驗(yàn)證通過之后，就可以在M400上進(jìn)行高效率的生產(chǎn)。

Velo3D Sapphire

Velo3D的藍(lán)寶石打印機(jī)確實(shí)讓大家感到驚訝。這家初創(chuàng)公司將大量的注意力集中在監(jiān)控、捕捉、優(yōu)化和改進(jìn)熔池中實(shí)際發(fā)生的零件制造過程中。通過它的軟件和監(jiān)測(cè)，它將更好地構(gòu)建部件，甚至在某些情況下減少對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的需求。Velo3D還瞄準(zhǔn)了制造商，特別是在航空航天領(lǐng)域，部署其機(jī)器。Velo3D對(duì)我們的市場(chǎng)具有潛在的非常大的顛覆性，并且讓其他人更加努力。

電子束鋪粉金屬3D打印技術(shù)E-PBF

△在Amplify Additive運(yùn)行的GE EBM系統(tǒng)上堆疊髖臼杯

L-PBF的替代方法是EBM或E-PBF。這種方法使用電子束而不是激光燒結(jié)細(xì)金屬粉末層。與通過L-PBF制造的部件一樣，這些部件也需要進(jìn)行大量的后處理，以去除支撐結(jié)構(gòu)，防止部件因溫差而撕裂。傳統(tǒng)上，E-PBF每件零件的成本更低一些，但可以得到更粗糙的表面紋理。對(duì)于骨科來說，需要粗糙的表面質(zhì)地，這也是為什么E-PBF是制造髖臼杯和其他骨科植入物的一項(xiàng)非常強(qiáng)大的技術(shù)。同時(shí)，美國宇航局、GE等公司的工作表明，你可以用E-PBF制造梯度零件，用這種技術(shù)制造渦輪葉片等物體。

GE Additive Arcam Spectra H

△Avio Aero公司的渦輪葉片

GE Additive公司的Arcam Spectra H系統(tǒng)比以前的E-PBF機(jī)器功能強(qiáng)大一倍，體積也大得多。它是為高溫合金（如鋁化鈦（TiAl））和打印大型渦輪葉片和其他航空航天零件而設(shè)計(jì)的。這臺(tái)機(jī)器基本上是為了打印TiAl（也叫 "伽瑪鈦"）、GenX發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓渦輪葉片而開發(fā)的。

如果你需要用伽馬鈦?zhàn)鲆恍〇|西，這種材料的重量大約是鎳超合金的一半，而且強(qiáng)度一樣高。現(xiàn)在，考慮到這些金屬間化合物的需求有點(diǎn)小眾，目前僅限于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、一級(jí)方程式賽車和國防。

送粉金屬3D打印技術(shù)DED

△激光熔覆公司（LCV）通過DED對(duì)碳化鎳鎢進(jìn)行修復(fù)的模具

DED是一系列技術(shù)，在能量源前將粉末或絲材送到工件上，通常是在一個(gè)露天的室內(nèi)。3D打印頭可以放置在現(xiàn)有的CNC或其他設(shè)備內(nèi)部，可以非?？焖俚貙⑿虏牧洗蛴〉浆F(xiàn)有的零件上，或者以相對(duì)較低的成本制造新的零件。

這項(xiàng)包覆和焊接相關(guān)的技術(shù)沉積速度很快，但比較雜亂無章。但是，人們可以用數(shù)控機(jī)床去除多余的材料。DED用于修復(fù)注塑模具，用于閥門、齒輪或模具等。

△這個(gè)齒輪是在車軸本身上3D打印的，使用不同的鋼材來優(yōu)化零件的性能

Optomec LENS 860

Optomec的860系統(tǒng)是立式加工中心和DED打印頭的混搭。其中一個(gè)版本的機(jī)器確實(shí)有一個(gè)受保護(hù)的構(gòu)建室，這可以提高效果，但也有一個(gè)封閉的構(gòu)建室版本。這臺(tái)設(shè)備擁有860x600x610毫米的工作區(qū)域。Optomec在利用其技術(shù)修復(fù)零件和為現(xiàn)有零件添加材料以滿足非?？量痰膽?yīng)用方面具有相當(dāng)?shù)膶I(yè)知識(shí)。

Sciaky EBAM 300

Sciaky系統(tǒng)已用于制造尺寸達(dá)5.79 m x 1.22 m x 1.22 m的零件。Sciaky制造了一些世界上最大的金屬打印機(jī)，它的雙線送料打印頭意味著你可以使用低成本的線材原料，也可以在熔池中混合材料。該公司已經(jīng)能夠在零件制造上閉環(huán)，憑借深厚的經(jīng)驗(yàn)和電子束槍，Sciaky的機(jī)器能夠加工很多不同的材料。

BeAM Machines Modulo 400

△BeAM機(jī)器修復(fù)磨損的密封圈的特寫

BeAM的Modulo是一臺(tái)集成了DED 打印機(jī)和減材加工中心，工作區(qū)域?yàn)?00 x 400 x 400 mm。BeAM具有 "同軸氣流"，即在同一個(gè)噴嘴中運(yùn)行兩種不同的氣體流。這應(yīng)該能改善這種吹粉系統(tǒng)的效果。有趣的是，Modulo被設(shè)計(jì)為可集裝箱式，這意味著它可以位于一個(gè)運(yùn)輸容器中。一個(gè)易于運(yùn)輸?shù)慕鉀Q方案將是非常誘人的，可以放在石油和天然氣公司和軍隊(duì)的大型現(xiàn)場(chǎng)。這家公司還有一個(gè)更大的系統(tǒng)--Magic。

Trumpf TruLaser Cell 7040

Trumpf（通快）是一家家族企業(yè)，制造了世界上許多工業(yè)激光器，也制造了許多切割工具和機(jī)器。他們的激光金屬沉積(LMD)機(jī)器可以混合粉末并與填料焊接，這意味著不同的材料可以連接在一起。該公司還利用其豐富的加工專業(yè)知識(shí)，使其機(jī)器在涂層和不同材料涂層中的應(yīng)用成為可能。

Trumpf的增材制造設(shè)備也可以集成到傳統(tǒng)客戶的現(xiàn)有機(jī)器中，或者您可以購買一臺(tái)新設(shè)備。在一臺(tái)機(jī)器上，您可以沿著其巨大的制造量進(jìn)行切割和3D打印操作。您還可以將這臺(tái)設(shè)備集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)線上，使其成為迄今為止最能夠集成到一系列制造過程中的設(shè)備。

DMG Mori Lasertec 65 3D Hybrid

DMG Mori是最大的機(jī)床制造商之一。最近，他們?cè)?D打印方面投入了大量的資金，現(xiàn)在有DED和L-PBF機(jī)床的生產(chǎn)線。他們的3D Hybrid與銑削和車削配合使用，而3D則與金屬切削配合使用。五軸3D Hybrid系統(tǒng)的構(gòu)建體積為735毫米×650毫米×560毫米，可以與現(xiàn)有的工作流程和設(shè)備相結(jié)合。五軸粉末噴嘴是同軸的，可以在一個(gè)工件上組合不同的金屬。系統(tǒng)本身是閉環(huán)的，并有過程中的監(jiān)控。

Formalloy X Series

Formalloy是一家比較小的公司，這家公司的出現(xiàn)與美國一些嚴(yán)格的DED用戶，如JPL和NASA有著緊密的聯(lián)系。它的DED頭可以在飛行中混合材料，這可能帶來各有趣的表面解決方案。

這家初創(chuàng)公司在定價(jià)上也很激進(jìn)，提供低成本的解決方案，沖破了他們的重量。他們?cè)诓牧戏矫嬉蚕铝撕艽蠊Ψ?，尤其是那些奇異的太空材料，比如Waspalloy、Hanes 230、Stellite 6、五種不同等級(jí)的銅、GR Cop 84（NASA燃燒室用銅材料），還有磁性材料和碳化鎢。我想有人正在用一臺(tái)機(jī)器幾乎可以打印出一整枚火箭。

應(yīng)用

DED

DED可用于硬面化、修理和制造飛機(jī)翼子板等部件。受限于細(xì)節(jié)，這種技術(shù)傳統(tǒng)上可以制造5m x 2m x 2m或更大的零件。令人振奮的應(yīng)用包括混合材料，以及在由相同或不同金屬制成的舊零件上打印新材料。

△修理各種形式的渦輪葉片是DED的主要工作，這一應(yīng)用是由Optomec和其他公司首創(chuàng)的

這項(xiàng)技術(shù)最適合于需要修理大型高價(jià)值部件的市場(chǎng)。如石油天然氣、造船業(yè)以及軍工裝備等領(lǐng)域。大型、高成本的車輛部件，如航天器和高端車輛的底盤，可以用DED生產(chǎn)或維修。例如，人們希望可以為乘用車制造整個(gè)底盤?；蛘哒f，DED將被部署在越來越多的維修應(yīng)用中，使各種工業(yè)設(shè)備的磨損表面重新煥發(fā)活力。

對(duì)于小型和細(xì)節(jié)部件，DED就沒有那么厲害了。通常情況下，露天建造室限制了精度。這個(gè)市場(chǎng)的玩家包括Optomec、Sciaky、Trumpf、DMG Mori和BeAM。工業(yè)應(yīng)用的擴(kuò)大以及CNC行業(yè)的新玩家都是可以期待的。

E-PBF

△Trinity PLUS 2是科林集團(tuán)采用Arcam（GE）EBM制造的高孔隙髖臼杯，多孔性和表面粗糙度曾經(jīng)是一個(gè)限制，但對(duì)于這種應(yīng)用，它們可以成為一個(gè)理想的特性

僅僅在幾年前，E-PBF主要與L-PBF進(jìn)行比較，并會(huì)輸給L-PBF。現(xiàn)在，這項(xiàng)技術(shù)在研究和商業(yè)應(yīng)用中也獲得了更多的關(guān)注。E-PBF非常適合骨科，已經(jīng)能夠降低骨科植入物的成本，并生產(chǎn)出數(shù)以萬計(jì)的植入物。與L-PBF相比，它的成本可能更低，也可用于許多相同的應(yīng)用。

對(duì)于商業(yè)航天、航空和軍事應(yīng)用，E-PBF確實(shí)是一項(xiàng)非常相關(guān)的技術(shù)。許多人都在重新考慮這項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)樗麄冋谵D(zhuǎn)向制造業(yè)，在制造業(yè)中，其較低的零件和粉末成本確實(shí)開始變得重要。通用電氣通過其Arcam部門，在專利覆蓋率和已安裝的機(jī)器方面幾乎完全主導(dǎo)了EBM。但現(xiàn)在Freemelt、JEOL和Wayland Additive等公司正在提供替代方案。

L-PBF

△由DTI設(shè)計(jì)的CeramicSpeed變速器部件在SLM Solutions SLM 500上用Ti打印

L-PBF是最成熟、部署最廣泛的金屬3D打印技術(shù)。德國公司EOS是這里的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，其次是GE和SLM Solutions。DMG Mori、Trumpf、Farsoon和其他不少公司最近都進(jìn)入了這個(gè)市場(chǎng)。Additive Industries公司的高產(chǎn)系統(tǒng)真正撼動(dòng)了市場(chǎng)，它在機(jī)器上處理了大量的后處理工作。Velo3D最近通過使用增加在線監(jiān)測(cè)和過程控制來減少支持結(jié)構(gòu)，掀起了波瀾。

L-PBF在汽車領(lǐng)域取得了進(jìn)展，也被用于骨科領(lǐng)域。在太空以及航空領(lǐng)域，該技術(shù)現(xiàn)在也得到了廣泛的部署。一個(gè)很大的利好很可能是近來發(fā)展迅速的商業(yè)航天實(shí)施。現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)正在向更多合格的零件和材料以及更多的制造應(yīng)用發(fā)展。

BMP

粘結(jié)劑噴射主要是由ExOne公司開創(chuàng)的，這家美國公司正在全球部署大型工業(yè)粘結(jié)劑噴射系統(tǒng)。然而，炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的是圍繞著更緊湊的工業(yè)BMP系統(tǒng)，它可以在全球的工作車間和制造場(chǎng)所找到一席之地。Desktop metal公司剛剛發(fā)布了其中的一款，GE和惠普公司也正在研發(fā)。

如果這些系統(tǒng)成功，它們可以極大地?cái)U(kuò)大金屬打印市場(chǎng)。從今天的幾千臺(tái)安裝量來看，我們可以在不久的將來看到數(shù)以萬計(jì)的安裝量。然而，我對(duì)BMP持謹(jǐn)慎態(tài)度。

工藝問題意味著，大體上，這些系統(tǒng)可能適合于成千上萬的合格零件。但是，相對(duì)于現(xiàn)有的技術(shù)，這些部件在哪些特定的部件和系列中才是有意義的呢？而人們又將如何接受設(shè)計(jì)并進(jìn)行所需的工作以使其可打??？他們是否有足夠的人力來運(yùn)行這些系統(tǒng)，以及接受培訓(xùn)來制作零件并使其可打??？這一切都還為時(shí)尚早，所以我對(duì)有限的應(yīng)用和擁有必要技術(shù)的公司持謹(jǐn)慎樂觀態(tài)度。從長遠(yuǎn)來看，如果有合適的軟件和加工設(shè)備，我是樂觀的。

如果你從事航天、骨科、航空、歧管、汽車、機(jī)械制造、建筑、農(nóng)業(yè)、石油和天然氣、核電、發(fā)電、散熱片、任何類型的閥門或噴嘴，一般來說，你必須深入了解這些技術(shù)。它們正在對(duì)你的行業(yè)產(chǎn)生真實(shí)而深刻的影響。在其他行業(yè)，影響就不那么明顯了。實(shí)施金屬打印是一件困難的事情，但它可能會(huì)對(duì)你的業(yè)務(wù)產(chǎn)生很大的影響。