自成立以來，金屬3D列印增材製造因其非常規的自下而上的方法吸引了工程師和技術愛好者的注意。對於多年來一直通過減法工藝可靠地生產的零件，使用增材製造真的有優勢嗎？本文討論了這個問題，並指出了金屬3D列印在何種情況下可以成為生產零件的好選擇，而何時不適合。
金屬3D列印：工藝概述
直接金屬雷射燒結技術（DMLS-Direct Metal Laser Sintering）與金屬雷射燒結成型 (SLM-Selective Laser Melting) 服務技術類似，但兩種工藝之間的區別在於金屬粉末熔化所用的溫度。SLM，顧名思義，加熱金屬粉末直至其完全熔化成液體。DMLS 不會熔化金屬粉末，而是對顆粒進行足夠的燒結，使其表面焊接在一起。無論如何，這兩個術語（SLM 和 DMLS）在 3D列印行業中經常互換使用。
傳統的製造技術，如CNC加工通常是減材過程，這意味著它去除材料以形成產品，而金屬3D列印技術則是添加劑。更常見和更流行的金屬3D列印技術之一是金屬雷射燒結成型 (SLM) 。
何時選擇金屬3D列印
與傳統加工相比，金屬3D列印有其自身的一系列優勢。
1. 您的設計很複雜
說到設計的複雜性和自由度，金屬3D列印相對有著巨大的優勢。許多複雜的設計無法像3D列印一樣通過傳統技術輕鬆製造。
使用傳統技術，甚至使用5軸CNC機床，複雜設計都很難加工。
這裡的另一個優點是複雜性的低成本。透過傳統製造創建複雜的機械零件需要精密性和技能，特別是對於複雜零件的組裝，這意味著價格隨著複雜性而增加。3D列印的情況並非如此，3D列印會在一個過程中創建整個零件，而不是在組裝前創建每個零部件。因此，不存在複雜性的附加成本。
2. 您急需金屬原型
如果所需的零件數量較少，例如1至5個左右，對於原型製造，金屬AM要有利得多。由於每個增加的單元的成本幾乎相同，因此可以對零件進行所需量的改變。它可以用於原型製作：您可以使用3D列印來製作原型並更新原型，直到滿足所需的特徵。這是讓產品量產前的關鍵步驟。它也可以在剩下的製造過程中使用，創造獨特的作品，可以更好地滿足您的需求。
此外，它可以更快地獲得金屬3D列印，而不是CNC加工零件。CNC加工通常需要更多的時間來儲備材料、設置機器、獲得合適的工具。因此，可能需要幾週的時間來準備第一部分。就3D列印而言，即使是比傳統打印更複雜的DMLS，零件也可以按需列印並在沒有任何上升或工具的情況下發貨，從而與傳統技術相比縮短了交付周期。縮短的交付周期和更有效的原型製作過程相結合，減少了周轉時間。這是金屬3D列印的更大優勢之一。
3. 您想要輕巧耐用的零件
航天和醫療行業自然需要重量輕但耐用的零件。像Inconel 718、AlSi10Mg、鈷-鉻這樣的超級合金，與傳統機械加工的同類合金相比，重量輕是眾所周知的。用這些合金製造零件自然會使它們相對輕便。舉個例子，通用電氣LEAP系列發動機著名的3D列印燃料噴嘴過去由20個來自獨立供應商的分立零件製成，但使用直接金屬雷射燒結（DMLS），結果是一個整體零件比原始零件輕25%，強5倍。
4.您想避免材料浪費
3D 打印非常節省資源，因為消耗的唯一材料是經過雷射（或透過擠出機等）所使用的材料；而傳統的 CNC 加工則會留下碎片和小塊金屬，需要回收。製造商亦無需為了證明安裝成本合理而大量生產某一產品，這一點同樣有助於減少浪費。
選擇金屬 3D 打印的缺點
除了優勢之外，金屬 3D 打印雖然優於傳統技術，但仍有一些需要考慮的因素，在某些情況下傳統工藝會更為合適。
1.需要粒面精整
3D 打印是一種累積式製程，這意味著其表面不會像 CNC 加工一樣光滑，也不容易形成所需的表面紋理。因此，如果表面紋理對您很重要，應該考慮使用 CNC 加工。然而，目前已有許多後處理技術可用於移除支撐結構、提升表面效果及改善美觀，但相應的成本亦會增加。
2.零件強度不高
由於附加技術本身，金屬3D打印零件不能像由實體金屬塊加工出來的零件一樣堅固。強度取決於設計、尺寸和材料，但一般而言，金屬3D印刷品的抗壓強度平均比CNC加工零件的抗壓強度低40-50%。
3. 批量生產過於昂貴
透過CNC加工大規模生產變得更便宜。大規模生產在各個行業仍然是一個巨大的決定因素，這就是為甚麼3D打印落後，3D打印機的裝配速度與傳統的組裝線相比，則往往相形見絀。
4. 成品體積限制
當需要較大的零件尺寸時，建議採用CNC加工。例如，SLM實現的最大零件尺寸為250 x 250 x 325 mm，而對於CNC加工，則為2000 x 800 x 1000 mm。尺寸比較清楚地表明，由於粉末床尺寸有限，在製造大型零件時無法進行3D打印。
5. 材料選擇限制
傳統的製造選擇，如注塑和CNC加工可以提供大量的材料選擇。金屬3D打印的材料選擇較少，當所需零件需要特定材料時，材料選擇可能成為限制因素，因此在決定希望產品具有哪些技術特性時必須加以考慮。截至目前在Xometry我們有五個金屬／合金粉末支持DMLS，但如果所需的部分需要一些其他材料，除了傳統的加工過程，沒有其他選擇。
總結
不能稱金屬3D打印在所有方面都取代了傳統製造技術，因為這兩種技術各有優勢和劣勢。以下是這兩種技術優勢的簡要總結：
| 金屬3D打印 | CNC加工 |
| 週轉更快 | 批量生產 |
| 原型和小批量生產 | 固體表面結構 |
| 容易實現複雜的設計 | 使用3D打印無法獲得的材料和技術特性需求 |
| 減少浪費 | 大型零件 |
| 定制和適應性 | 堅固的零件 |
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