金属3D打印机发展方向

条顿knights

在常规的的金属3D打印热源中，强激光，等离子，电子束，占据了大多数打印机设计，前两种热源，功率低，简单安全，容易控制，但是由于激光自身能量密度低，导致在烧结沉积耐高温金属时，往往烧结不致密，内部空泡过多，金属粉表面还会折射与反射激光，导致吸收率进一步下降，会导致整体强度不足，无法直接制造高强度机械零件并使用 ，而等离子体聚合不细，无法像电子束一样被收缩环控制光斑直径，虽然等离子温度足够融化耐高温金属材料，但是光斑点无法向激光那么精细，导致打印物品表面粗糙度极大，即使使用CNC进行车铣，也难以处理表面问题。

电子束由电子束喷枪直接发射，在以收缩环进行收缩，并控制偏转方向，由于电子束不同于光子，具有初始质量，所以动能极大，在能量密度上电子束高于激光近一倍，且不会被金属颗粒折射反射，能量吸收率可达百分之60以上，可以直接以致密金属烧结成型，是目前激光无法比拟的，而在热源持续性上，电子束也要优于激光，由于激光器的能量转换过低， 100W的激光斑点温度仅600度左右，如果想达到1400-1800度金属烧结的温度，激光器功率则要超过1000W，在长时间使用时，激光器会产生高热，对激光器透镜片，电极等损害极大，且激光器散热系统庞大，多是采用液态制冷维护与制备，极其不便，在持续使用时，容易引发功率过载导致烧结能量降低，烧结强物品度减小，而电子束喷枪在真空环境下加载千伏高压电后会直接射出高速的电子束射流，温度极高，依靠收缩环收缩光斑直径，并用改变喷射方向，由于不受冷却系统的束缚，电子束能量可持续保持，持续烧灼金属进行沉积，持续性好。

在打印速度上电子束可以以高功率持续进行沉积快速烧结，无需等待推粉板进行推粉，扑粉，打印速度持续上升，如果结合五轴加工中心，可以在五个维度进行打印，减少切片软件的影响，而激光烧结打印机多数是三轴，在形成方位上，明显不足。

对比常见的激光烧结打印机，电子束打印机结合五轴加工的优势极大。

五轴加工在CNC制造业应用较多，相比于三轴，五轴可以以更多的方向进行加工，可以在模型倾斜面，垂直面，进行加工，还可以自身旋转 。

但在3D打印业内的五轴使用的却寥寥无几，五轴虽然在设计上难度极大，须要一套复杂的控制系统进行配合，单是在成型上却可以用多种角度进行打印，可以摒弃复杂的支撑结构，并可以直接结合精密车铣，对打印物品直接进行精加工，这在3D金属打印上可以说是质的飞越，目前只有少数国外厂商才持有这项技术，并进行了技术封锁。而机械臂则不受机器框架的束缚，拥有很大的自由度，可以充分利用机械臂的万像结构，进行打印，对于电子束沉积式打印则可直接将加热端直接连接在机械臂上进行打印，