依据国际标准化组织(ISO)的规范,增材制造领域中通过高功率激光熔化金属粉末的工艺被正式命名为金属激光粉末床熔合(LPBF)。然而,专注于该技术的3D打印机制造商为同一工艺赋予了独特的品牌名称。
作为全球领先的金属3D打印机制造商之一,EOS将此技术称为"直接金属激光烧结(DMLS)"。由于众多3D打印服务采用EOS设备,DMLS常作为服务产品呈现,尽管其与LPBF属于同一技术体系。尽管不同厂商的LPBF设备存在细微差异,但核心工艺逻辑具有高度一致性。
该金属3D打印方法作为高精度技术,广泛应用于原型开发与复杂金属部件的终端生产,覆盖航空航天、汽车制造、医疗及工业领域,可制造从模具、备件到火箭发动机、医疗植入物等多样化产品。
DMLS技术普及的驱动因素
DMLS(即LPBF)的快速发展与广泛应用源于多重优势。首先,企业通过部署内部金属3D打印机,可自主生产注塑模具、替换零件及工具等金属部件。相较于海外制造与运输,此模式在小批量生产场景下显著缩短周期并降低成本。即便通过金属烧结服务订购零件,其交付速度仍优于传统制造。
其次,金属烧结技术能够制造具有复杂内部通道、晶格填充结构及异形轮廓的部件,此类设计通过传统工艺难以实现或成本高昂,从而推动更高性能、更轻量化、更高效率的零部件开发。
与传统制造相比,金属烧结在可持续性方面亦具优势,尤其在钛、银等高成本材料的应用中。该技术仅消耗制造零件所需材料,未使用的粉末可回收并与新粉混合,用于后续打印循环。
金属烧结工艺的数字化流程与操作细节
与所有3D打印技术类似,金属烧结以数字化流程为基础,起始于零件的电子文件。设计文件通过计算机辅助设计(CAD)软件生成,或直接从数字零件库获取。随后,专用构建准备软件将模型分解为打印层片,生成3D打印机执行的路径指令。此类软件通常与打印类型或设备品牌深度适配。
文件输入3D打印机后,设备启动构建准备程序。金属烧结的核心在于:通过高功率激光对金属粉末进行分子级选择性融合,逐层构建直至形成完整部件。
具体操作中,金属粉末首先被装入打印机料斗,加热器将粉末预热至接近烧结温度区间。打印机通过刮刀(类似挡风玻璃雨刷)或滚筒将粉末均匀铺展在打印平台上,形成薄层。激光按当前层截面形状扫描粉末,使其熔化并凝固。随后,构建平台下降一定高度,新一层粉末被铺展并与前一层融合,该过程循环直至部件完成。打印过程中,构建室保持密闭状态,并填充氮气或氩气等惰性气体,以避免熔化过程中的杂质干扰。
未熔化的金属粉末在打印结束后被回收,可与新粉混合用于后续打印。完成构建的部件需冷却后从粉末床中取出并清理,其后续加工流程(如机加工、热处理、表面精加工)与传统金属制造部件一致。