金屬3D打印被認為(wei) 是所有3D打印的頂點。談到強度和耐用性，沒有什麽(me) 能比得上金屬。最早的金屬3D打印專(zhuan) 利是DMLS（直接金屬激光燒結），由德國EOS在1990年代獲得。從(cong) 那時起，金屬3D打印逐漸發展出了許多種類的打印工藝。現在，每台金屬3D打印機通常都會(hui) 使用以下四類工藝中的一種：粉末床融合、粘合劑噴射、直接能量沉積和材料擠壓。

　　△金屬3D打印

　　金屬粉末床熔化（metal Powder Bed Fusion）

　　常用工藝：DMLS（直接金屬激光燒結）、SLM（選擇性激光熔化）和EBM（電子束熔化）。

　　描述：使用PBF熔化技術生產(chan) 的金屬零件可以減少殘餘(yu) 應力和內(nei) 部缺陷，成為(wei) 航空航天和汽車工業(ye) 中苛刻應用的理想選擇。

　　直接金屬激光燒結（DMLS）：可用於(yu) 幾乎任何金屬合金構建物體(ti) 。直接金屬激光燒結在要打印的表麵上散布一層非常薄的金屬粉末。激光緩慢而穩定地穿過表麵以燒結這種粉末，金屬內(nei) 部顆粒融合在一起，即使沒有被加熱到完全熔化狀態。然後施加並燒結額外的粉末層，從(cong) 而一次“打印”物體(ti) 的一個(ge) 橫截麵。打印完成後，物體(ti) 會(hui) 慢慢冷卻，多餘(yu) 的粉末可以從(cong) 構建室中回收並循環使用。DMLS的主要優(you) 點是它生產(chan) 的物體(ti) 沒有殘留應力和內(nei) 部缺陷，這對於(yu) 高應力下的金屬部件（例如航空航天或汽車零件）極為(wei) 重要，而主要缺點是非常昂貴。

　　選擇性激光熔化（SLM）：使用高功率激光將每一層金屬粉末完全熔化，而不僅(jin) 僅(jin) 是燒結，這樣產(chan) 生的打印物體(ti) 非常致密和堅固。目前，這項工藝隻能用於(yu) 某些金屬，例如不鏽鋼、工具鋼、鈦、鈷鉻合金和鋁。SLM製造過程中出現的高溫梯度也會(hui) 導致最終產(chan) 品內(nei) 部出現應力和錯位，從(cong) 而損害物理性能。

　　電子束熔化（EBM）：與(yu) 選擇性激光熔化非常相似，能夠生成致密的金屬結構。這兩(liang) 種技術的區別在於(yu) EBM使用電子束而不是激光來熔化金屬粉末。目前，電子束熔化隻能用於(yu) 有限數量的金屬。盡管也可以使用鈷鉻合金，但鈦合金仍是這種工藝的主要原材料。這項技術主要用於(yu) 製造航空航天工業(ye) 的零件。

　　技術優(you) 點：可以高精度製造幾乎任何幾何形狀。使用金屬範圍廣泛，包括最輕的鈦合金和最堅固的鎳高溫合金，這些都是傳(chuan) 統製造技術難以加工的。機械性能可以比肩鍛造金屬，能夠像傳(chuan) 統製造金屬零件一樣進行機械加工、塗層和處理。

　　技術缺點：材料、機械和操作成本高。零件必須通過支撐結構（以防止翹曲）連接到構建板上，這會(hui) 產(chan) 生廢料並需要手動後處理移除。構建尺寸有限，並且金屬粉末處理具有危險性，需要嚴(yan) 格的過程控製。

　　△PBF粉末床熔化

　　金屬粘合劑噴射（metal Binder Jetting）

　　常用工藝：MJF（多噴射熔合）、NPJ（納米粒子噴射）

　　描述：這項技術使用噴墨將一種粘合劑選擇性滴在平坦的粉末床上。接收液滴的區域將被固化，其餘(yu) 粉末保持鬆散。逐層進行以上步驟，直到生成整個(ge) 對象。使用這項工藝可以處理金屬、沙子、陶瓷等材料。由於(yu) 金屬粘合劑噴射機在室溫下運行，不會(hui) 發生翹曲且不需要支撐。因此，粘合劑噴射機可以比粉末床融合機大得多，並且可以堆疊物體(ti) ，充分利用整個(ge) 構建室，是小批量生產(chan) 和按需製造的流行選擇。

　　技術優(you) 點：可以大體(ti) 積打印，零件不需要連接到構建板上，因此可以嵌套以利用所有可用的構建體(ti) 積。對幾何體(ti) 限製較少，通常不需要支撐。不會(hui) 發生翹曲，因此可以製作更大的零件。打印速度非常快，比粉末床熔融金屬打印成本更低。

　　技術缺點：部件在打印後必須經過耗時的脫脂和爐燒結過程，機器和材料成本高。孔隙率高於(yu) 粉末床熔合，因此機械性能不那麽(me) 好，且可選材料較少。

　　△粘合劑噴射3D打印機

　　直接能量沉積（Direct Energy Deposition）

　　常用工藝：DED（直接金屬沉積）、WAAM（電弧增材製造）、LMD（激光材料沉積）

　　描述：這種方法通過擠壓金屬，無論是金屬粉末還是金屬絲(si) ，然後立即受到高能量的撞擊（可以通過等離子弧、激光或電子束實現熔化）。能量熔化金屬，熔池立即下降到3D空間，通過機械臂進行位置操作。它與(yu) 焊接非常相似，因此主要應用之一是修複現有金屬零件並增加零件的功能性。

　　技術優(you) 點：金屬絲(si) 是最實惠的金屬3D打印材料形式，有些機器甚至可以使用兩(liang) 種不同的金屬粉末來製造合金和材料梯度。5軸和6軸運動可以在不使用支撐材料的情況下生產(chan) 模型。可以修複損壞的金屬部件並添加新組件。構建體(ti) 積大，材料使用高效，零件密度高，機械性能好，打印速度快。

　　技術缺點：零件表麵質量較差，通常需要機加工和精加工，小細節很難或不可能實現。機械和操作成本高。

　　△激光金屬沉積(LMD)

　　金屬材料擠壓（metal Material Extrusion）

　　常用工藝：FDM（熔融沉積建模）/FFF（熔絲(si) 製造）

　　描述：這項技術專(zhuan) 為(wei) 使廉價(jia) 金屬3D打印而創建，可用於(yu) 中小型企業(ye) 。設計工作室、機械車間和小型製造商使用金屬材料擠壓機來迭代設計、創建夾具和固定裝置，並完成小批量生產(chan) 。領域的最新發展是金屬絲(si) ，可在大多數桌麵FDM3D打印機中使用，使幾乎每個(ge) 人都可以使用金屬3D打印。金屬材料擠壓的工作原理：

　　聚合物細絲(si) 或浸有金屬小顆粒的線材按照設計形狀逐層3D打印。

　　清洗3D打印部件，去除一些粘合劑。

　　將零件放入燒結爐中，金屬顆粒熔化成固體(ti) 金屬。

　　技術優(you) 點：實惠、操作簡單安全。

　　技術缺點：零件必須經過與(yu) 粘合劑噴射零件相同的脫脂和燒結過程。需要對幾何形狀和支撐進行更多限製以防止翹曲，且零件具有高孔隙率，無法達到鍛造金屬相同的機械性能。零件不像使用PBF或DED那樣致密，而且爐內(nei) 收縮不太準確。

　　△Markforged metal X 3D打印機的樣品零件[圖片來源：Markforged]

　　其他金屬3D打印工藝

　　焦耳打印（Joule Printing）：Digital Alloys的焦耳打印看起來很像DED，但金屬絲(si) 是利用電流熔化，而不是用電弧或光束加熱。這使得打印速度更快，目前已經證明每小時可打印多達2公斤的鈦。

　　液態金屬增材製造（Liquid metal AdditiveManufacturing）：Vader Systems 創建了液態金屬增材製造技術，將1200°C的液態金屬液滴以類似於(yu) 噴墨打印機的方式沉積。

　　電化學沉積（Electrochemical Deposition）：Exaddon的CERES納米級金屬3D打印機，可以使用電化學沉積製造比人類頭發寬度還小的金屬物體(ti) 。

　　DLP金屬打印（DLP metal printing）：ADMATEC和Prodways提供金屬DLP打印。類似於(yu) 金屬材料擠出，金屬粉末與(yu) 光聚合物樹脂混合，3D打印部件必須經過相同的脫脂和燒結過程，就像金屬材料擠壓方法一樣。

　　冷噴塗金屬打印（Cold Spray metal Printing）：冷噴塗金屬打印最初被美國宇航局用於(yu) 太空中建造金屬物體(ti) 。主要特點是快（每小時6公斤的鋁或銅），缺點是不是那麽(me) 準確。澳大利亞(ya) 公司Titomic和SPEE3D是這項技術的領跑者。

　　超聲波固結（UAM）：使用聲音將薄薄的金屬箔層粘合在一起，在粘合下一層箔之前加工掉每一層的多餘(yu) 部分，因此它是增材製造和減材製造的結合。Fabrisonic的 SonicLayer 3D 打印機係列使用了這項技術。

　　激光工程淨成型（LENS）：是一種基於(yu) 激光的方法，需要一個(ge) 非常可控的環境。這種工藝需要一個(ge) 密封室，通常使用氬氣清除氧氣，使氧化水平盡可能低。LENS激光器的功率範圍從(cong) 500W到4kW。可用於(yu) 加工鈦、不鏽鋼和鉻鎳鐵合金。盡管維護無氧室存在困難，但LENS為(wei) 用戶提供了更好的精確度和控製。

　　電子束自由形式製造（EBF3）：最初由NASA開發，是一種主要用於(yu) 航空航天工業(ye) 的方法。這種方法可以在不浪費任何材料的情況下製作出複雜幾何形狀，並且能夠創造出輕量級形狀以促進燃料節約。

△Digital Alloys的焦耳3D打印工藝[圖片來源：Digital Alloys]