在3D打印领域,金属与高性能聚合物(HPP)之间的核心差异主要体现在工艺选择上。由于材料特性的本质区别,两者适用的增材制造技术存在显著差异,兼容金属的工艺类型远多于针对高性能聚合物的方案。
金属材料的多样性决定了其工艺的复杂性。例如,金属粉末可通过激光粉末床熔融(如DMLS、EBM)实现高精度成型,这类技术尤其适用于需要强韧性、轻量化与复杂结构的零部件。定向能量沉积(DED)工艺(包括WAAM、EBAM、WAM等)则利用金属线材或粉末,通过激光、电子束或电弧等热源,实现大型金属构件的制造与修复。此外,粉末粘合工艺通过喷射粘结剂将金属粉末粘合,但需后续烧结等处理步骤。
不同金属工艺的技术路径存在明显分化。激光粉末床熔融(LPBF)与电子束熔融(EBM)均属于粉末床技术,前者依赖激光作为热源,后者则采用电子束。DED工艺因热源类型(激光、电子束、电弧)的不同,其工艺特性可类比传统焊接,最终成型的零件在力学性能上与锻造件相当。
非激光类金属工艺则包括金属挤压与粉末粘合。粉末粘合工艺通过喷射粘结剂实现粉末固结,但需依赖烧结等后处理工序提升密度。金属挤压工艺则以聚合物为载体,将金属粉末与基体混合后打印,最终需经脱脂、烧结去除载体,该技术目前仅由少数企业提供。
相比之下,标准聚合物虽兼容多种3D打印工艺,但高性能聚合物的适用技术则较为局限。HPP的核心工艺为挤出式(包括丝材FDM与颗粒FGF),尽管选择性激光烧结(SLS)也可用于部分HPP材料,但市场可选方案极少。
需强调的是,HPP的打印难度远超标准聚合物。即使以挤出工艺为主,普通FDM/FGF设备也难以胜任HPP打印,需使用专门设计的高温3D打印机。此类设备通常配备封闭腔室、高温加热构建床及喷嘴,以实现PEEK、PEKK等半结晶聚合物的加工——这类材料因熔点高、结晶特性复杂,打印时易出现翘曲、流动不稳定等问题。
HPP的打印挑战与金属存在共性:两者均需密闭环境与高温控制。但金属工艺的复杂性更高,例如激光粉末床熔融需在惰性气体(如氩气)保护下进行,以防止金属与氧气反应;同时,激光操作的安全风险也要求更严格的防护措施(如防护服、呼吸过滤设备)。而HPP虽需高温环境,但通常无需惰性气体保护,且工艺步骤相对简化,这也是部分观点认为HPP更易打印的原因之一。
总体而言,金属与HPP的3D打印均需突破材料特性与工艺限制,但金属工艺因材料反应性、设备复杂度及安全要求,在技术门槛上更为突出。