近年來(lái)，增材制造一直是制造業(yè)發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。雖然金屬增材制造部件越來(lái)越多地用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用，但很少有塑料增材制造部件和工藝為此提供足夠的耐久性。因此，定向能量沉積（DED）3D打印技術(shù)的出現(xiàn)被用于可直接數(shù)字化制造超高強(qiáng)度、重量輕的復(fù)合材料零件，提供了打印超出平面層傳統(tǒng)限制的材料。

什么是 DED？

DED是一種金屬增材制造工藝，通過(guò)這種工藝，熔融金屬選擇性地分層沉積，以構(gòu)建完全致密的組件?？赡苣?tīng)說(shuō)過(guò) WAAM（Wire Arc Additive Manufacturing）、LMD（Laser metal Deposition）、LENS（Laser Engineered Net Shape）、DMD（Directed metal Deposition）或其他一些縮寫(xiě)詞，弄不清楚沒(méi)關(guān)系，這些通常是只是設(shè)備制造商用來(lái)區(qū)分其產(chǎn)品的專(zhuān)有名稱(chēng)。雖然有很多名稱(chēng)，但實(shí)際上技術(shù)差別不大。

定向能量沉積（DED）與PBF相似，因?yàn)樗褂眉す猓ɑ螂娮樱┦刍勰?。但是，粉末原料的沉積和熔化方式使DED可以更輕松，更經(jīng)濟(jì)地?cái)U(kuò)展至更大的AM零件。

通常，DED 系統(tǒng)需要三個(gè)主要組件；一個(gè)操縱器，用于控制金屬的沉積位置、材料的進(jìn)料以及熔化該材料的能源。機(jī)械手通常采用數(shù)控龍門(mén)或機(jī)器人的形式。該材料將是金屬絲或粉末形式，能源是激光或電?。ㄓ捎诔杀驹蛩圆惶Ｒ?jiàn)）。

△接近最終形狀和完成的航空航天部件。圖片來(lái)自Norsk Titanium

與其他金屬增材制造工藝相比，DED 更高的沉積速率使該工藝能夠生產(chǎn)更大規(guī)模（通常為 1m +）的組件，對(duì)生產(chǎn)力水平的權(quán)衡是零件分辨率。然而，隨著新的 DED 硬件的出現(xiàn)，我們開(kāi)始看到該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的范圍更廣，并且在某些情況下可以與傳統(tǒng)制造工藝制造的細(xì)節(jié)相媲美。

△金屬增材制造技術(shù)的比較。照片來(lái)自AutoDesk

該工藝的較高沉積速率會(huì)導(dǎo)致較差的幾何精度、特征分辨率和表面紋理，因此由 DED 生產(chǎn)的部件通常需要在沉積后進(jìn)行額外加工以達(dá)到最終光潔度。這種對(duì)加工的需求以及將該技術(shù)集成到現(xiàn)有銑削平臺(tái)的相對(duì)容易性導(dǎo)致了混合機(jī)器（即具有增材和減材能力的機(jī)器）的興起。這些機(jī)器通常包含超過(guò)3軸，因此提供了大量的機(jī)會(huì)來(lái)沉積超出平面層的傳統(tǒng)限制的材料。

多軸打印有什么好處？

許多低成本塑料3D打印機(jī)具有3軸配置。事實(shí)證明，3axis 打印機(jī)價(jià)格相對(duì)更實(shí)惠、可靠且有大量可用的軟件切片選項(xiàng)，因此才會(huì)蓬勃發(fā)展。然而，這一成功也限制了3D打印的能力。需要支撐結(jié)構(gòu)來(lái)打印懸垂表面，零件只能構(gòu)建在平面上而不是預(yù)先存在的幾何形狀上，向上彎曲的表面會(huì)受到階梯效應(yīng)的影響。隨著新3D打印DED系統(tǒng)的出現(xiàn)以及將沉積頭集成到 CNC 銑床和機(jī)械臂上的日益普及，一系列新的可能性正在出現(xiàn)，并且 DED 技術(shù)可以使用多軸刀具的路徑已有一段時(shí)間了。

△Haas UMC1000 與 Meltio DED 技術(shù)集成。照片來(lái)自 Meltio

DED它提供的未來(lái)機(jī)會(huì)是什么？

南極熊獲悉Autodesk在過(guò)去的十年中，與各行各業(yè)的眾多最終用戶進(jìn)行了合作。與許多金屬添加劑一樣，最初，大多數(shù)應(yīng)用屬于航空航天領(lǐng)域，在隨后的幾年中，Autodesk將其擴(kuò)展到海洋、石油和天然氣、模具/工具、國(guó)防和重工業(yè)。盡管這些行業(yè)的應(yīng)用、合金和零件尺寸各不相同。

如今，DED 可以通過(guò)縮短零件開(kāi)發(fā)周期和生產(chǎn)提前期、縮短上市時(shí)間以及減少存儲(chǔ)備件的需求來(lái)實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，該技術(shù)可用于生產(chǎn)高性能、高附加值的組件，利用該技術(shù)可以提供更大的設(shè)計(jì)和材料自由度。例如，針對(duì)結(jié)構(gòu)或熱負(fù)荷優(yōu)化組件，或使用定制合金或幾種合金的組合生產(chǎn)零件。

DED 通過(guò)提高制造過(guò)程中的材料效率來(lái)提高可持續(xù)性，即沉積的零件（稱(chēng)為近凈形狀、預(yù)成型或沉積模型）需要顯著減少材料去除來(lái)獲得成品零件時(shí)與從材料坯料加工零件相比。未來(lái)，DED和AM 提供分散的生產(chǎn)模式，也就是說(shuō)，零件不需要在單個(gè)工廠生產(chǎn)并運(yùn)送到最終使用地點(diǎn)，而是可以在需要時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)，縮短運(yùn)輸途中所需的時(shí)間并減少碳排放。

△行業(yè)顛覆者：Pix Moving 和 Relativity Space。照片來(lái)自Pix Moving and Relativity Space

當(dāng)前的市場(chǎng)挑戰(zhàn)是什么？

補(bǔ)充供應(yīng)鏈：

長(zhǎng)期以來(lái)，航空航天一直是3D打印的主要支持者（通?？赡苁?DED）。航空航天供原件供應(yīng)需要消耗大量高價(jià)值合金，因此3D打印可減少加工原件過(guò)程中不必要的材料浪費(fèi)。再加上稀有合金通常很難加工（加工速度慢并且需要大量昂貴的工具），通過(guò)減少必須切割的材料量，還可以節(jié)省大量資金。

為了彌補(bǔ)市場(chǎng)空白獲得這些收益，特別是對(duì)于結(jié)構(gòu)飛機(jī)元件，這里的問(wèn)題是維修飛機(jī)替換這些鍛件所需的時(shí)間，可能是幾個(gè)月或者更長(zhǎng)的時(shí)間，對(duì)于這種問(wèn)題，這正是 DED 值得顛覆的地方，通過(guò)3D增材制造技術(shù)原定打印飛機(jī)合金元件，可以作為鍛造組件的替換件。

△行業(yè)顛覆者：Pix Moving 和 Relativity Space。照片來(lái)自Pix Moving and Relativity Space

節(jié)約成本和減少庫(kù)存壓力：

DED 為磨損零件的再修整提供了新的解決方案，這可能是高價(jià)值的航空部件（此處通常使用渦輪葉片和葉盤(pán)作為示例）或模具，又或者是用于汽車(chē)中的某個(gè)應(yīng)用。DED 提供了減少資金壓力的解決方案，無(wú)需大量?jī)?chǔ)備庫(kù)存，僅需替換為可以由任何系統(tǒng)在需要的位置按需生產(chǎn)的備件數(shù)字庫(kù)即可。

△WAAMPeller。照片來(lái)自 Ramlab

南極熊點(diǎn)評(píng)：近些年，我們看到了國(guó)內(nèi)外許多優(yōu)秀的企業(yè)的興起，它們的出現(xiàn)的目的就是顛覆具有悠久歷史的傳統(tǒng)制造業(yè)。通過(guò)DED技術(shù)優(yōu)勢(shì)，這些新的、快節(jié)奏的組織正在提出更多的技術(shù)創(chuàng)新并向傳統(tǒng)行業(yè)發(fā)起挑戰(zhàn)。如Pix Moving正在利用 DED 流程的無(wú)工具特性來(lái)提供專(zhuān)屬私人定制的自動(dòng)駕駛汽車(chē)制造。Relativity Space的目標(biāo)是通過(guò)使用名為“Stargate”的多米 WAAM 系統(tǒng)顯著縮短火箭部件從概念到測(cè)試到最終部件的時(shí)間，從而顛覆航天工業(yè)。