南極熊匯總：中國(guó)金屬3D打印技術(shù)的突破與發(fā)展，續(xù)寫(xiě)先進(jìn)制造新篇章

導(dǎo)讀：隨著工業(yè)4.0的浪潮席卷全球，3D打印技術(shù)以其獨(dú)特的制造優(yōu)勢(shì)，成為制造業(yè)革新的重要推手。中國(guó)在這一領(lǐng)域的發(fā)展尤為迅猛，近年來(lái)在金屬3D打印技術(shù)上取得了一系列令人矚目的突破。例如，今年亞洲2024 TCT展會(huì)上亮相的西空智造鍛打印技術(shù)、鐳明激光的飛行打印技術(shù)、易加三維的EP-M2050 64激光多激光打印技術(shù)……諸如此類(lèi)的創(chuàng)新金屬3D打印技術(shù)引起展會(huì)的一時(shí)盛況。每一項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步都在不斷拓寬金屬3D打印的應(yīng)用邊界，越來(lái)越多的企業(yè)也開(kāi)始在這一領(lǐng)域展現(xiàn)出了強(qiáng)大的創(chuàng)新能力和市場(chǎng)潛力。

對(duì)比國(guó)外同一梯隊(duì)，我國(guó)近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的金屬3D打印技術(shù)不僅在精度、效率和材料應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，而且在關(guān)鍵技術(shù)自主可控方面取得了顯著成就。在本文中，南極熊將匯總介紹我國(guó)在這一領(lǐng)域的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展，探討它們各自的原理、亮點(diǎn)及其在行業(yè)中的不同之處，探索這些技術(shù)如何引領(lǐng)制造業(yè)的未來(lái)趨勢(shì)。

西空智造“鍛打印“技術(shù)

西空智造的“鍛打印技術(shù)”是一項(xiàng)突破性的金屬3D打印技術(shù)，技術(shù)依托于選區(qū)激光熔融（SLM）方法，并引入了同步的常規(guī)SLM激光和脈沖強(qiáng)化激光，使得打印過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力得到有效控制。這種雙激光協(xié)同工作機(jī)制大幅提升了材料的質(zhì)量和性能，解決了傳統(tǒng)增材制造中疲勞強(qiáng)度低、質(zhì)量一致性差、以及易變形開(kāi)裂等痛點(diǎn)問(wèn)題。顯著提升了打印件的整體性能。

西空智造的“鍛打印技術(shù)的核心在于特殊的脈沖激光強(qiáng)化方法，能夠利用激光沖擊產(chǎn)生的高壓波對(duì)熔融金屬層進(jìn)行鍛打，使得材料在冷卻固化的同時(shí)進(jìn)一步細(xì)化晶粒結(jié)構(gòu)，從而顯著提升力學(xué)性能。例如，與傳統(tǒng)SLM打印的7075鋁合金相比，使用鍛打印的產(chǎn)品顯微硬度可提升20%到40%，晶粒細(xì)化超30%，而且內(nèi)部殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)換為壓應(yīng)力。這種應(yīng)力轉(zhuǎn)換進(jìn)一步提高了部件的抗疲勞性能，并減小了變形幾率�；�于最新研發(fā)的i3D-300型鍛打印金屬3D打印設(shè)備，公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多種難熔金屬材料的穩(wěn)定打印成形，如7075鋁合金和鎳基高溫合金，無(wú)需改變粉末成分或添加形核劑即可獲得高性能材料。此外，設(shè)備中的DD1激光模塊還支持高精度的輪廓加工，允許更少的支撐結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足復(fù)雜薄壁零件的凈成型需求。

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（2) 2024TCT亞洲展：西空智造以鍛打印技術(shù)突破增材制造性能極限-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái)(nanjixiong.com)

鐳明激光的飛行打印技術(shù)

鐳明激光推出的“飛行金屬3D打印技術(shù)”在今年的2024 TCT展會(huì)上引起了廣泛關(guān)注，一度成為“爆款”。該技術(shù)的核心在于激光模組的移動(dòng)性，能夠在打印過(guò)程中實(shí)現(xiàn)激光器在X軸方向的移動(dòng)，從而擴(kuò)大打印尺寸并提高打印效率。LiM-X1500HF系列設(shè)備具備1.5米×1.5米×1.5米的打印幅面，專(zhuān)門(mén)針對(duì)航空航天中大型零件的打印需求。該設(shè)備集成飛行打印技術(shù)的亮點(diǎn)在于其采用了多達(dá)20個(gè)激光器的配置，結(jié)合鋪粉、送粉兩種技術(shù)優(yōu)勢(shì)，既保證了成型幅面，又能使打印的零件更加精細(xì)，節(jié)省后續(xù)加工時(shí)間。在小尺寸設(shè)備方面，鐳明激光推出的LiM-X400機(jī)型能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)每小時(shí)3公斤的打印成型效率，可應(yīng)用于模具和民品領(lǐng)域。此外，飛行打印技術(shù)還展示了在復(fù)雜零件制造方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能夠滿(mǎn)足航空航天和軍工領(lǐng)域的高要求。

鐳明激光的飛行打印技術(shù)不僅在技術(shù)層面上實(shí)現(xiàn)了突破，還在市場(chǎng)應(yīng)用上獲得了高度認(rèn)可。設(shè)備的靈活性和高效性使其在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，尤其是在需要大幅面打印的場(chǎng)景中，為制造業(yè)帶來(lái)了新的可能性。

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易加三維配備64激光的EP-M2050打印裝備

易加三維在2024年TCT展會(huì)上發(fā)布的EP-M2050金屬增材制造系統(tǒng)，標(biāo)志著SLM技術(shù)在大尺寸零部件打印領(lǐng)域的又一重大突破。該設(shè)備的成型室尺寸達(dá)到2058mm×2058mm×1100mm（Z向可定制達(dá)2000mm），極大拓展了SLM增材制造技術(shù)的成形尺寸和應(yīng)用范圍。

EP-M2050采用矩陣式激光器排列技術(shù)，標(biāo)配36個(gè)激光器，最大打印成型效率可達(dá)1080cm³/h，較之前的型號(hào)提升約100%。這一技術(shù)的亮點(diǎn)在于其高效的激光輸出和優(yōu)秀的光學(xué)調(diào)校，使得打印件的致密度和均勻性得到了有效保障。在2024 TCT亞洲展的現(xiàn)場(chǎng)，易加三維展出了由這臺(tái)EP-M2050打印的2米級(jí)的金屬件。此外，EP-M2050還具備智能監(jiān)控功能，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)鋪粉缺陷，提高打印的可靠性和可追溯性。在安全性方面，EP-M2050實(shí)現(xiàn)了全封閉式操作，具備多重保護(hù)機(jī)制，確保設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。這些創(chuàng)新不僅提升了生產(chǎn)效率，拓寬了SLM技術(shù)在大尺寸零部件的服務(wù)領(lǐng)域，還為工業(yè)化智能生產(chǎn)制造創(chuàng)造了更多可能性。

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（1) “2米大成型尺寸8矩陣64激光金屬3D打印機(jī)來(lái)了，易加三維EP-M2050重磅發(fā)布-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái) (nanjixiong.com)

鉑力特50μm級(jí)高精密金屬3D打印技術(shù)

鉑力特（BLT）推出的高精度金屬激光粉末床熔合（LPBF）技術(shù)，標(biāo)志著在微型部件生產(chǎn)方面取得了重大突破。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)改進(jìn)激光熔合工藝和優(yōu)化材料沉積，顯著提升了表面粗糙度和尺寸精度，生產(chǎn)出表面粗糙度低至Ra 2-3μm且尺寸精度達(dá)到0.05mm的零件。這一精度水平為制造需要高度細(xì)節(jié)和光滑表面的部件開(kāi)辟了新的可能性，如醫(yī)療設(shè)備、航空航天和先進(jìn)工程的部件。例如，在醫(yī)療行業(yè)，鉑力特成功生產(chǎn)出具有復(fù)雜內(nèi)部通道的小型醫(yī)療部件，滿(mǎn)足了嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。此外，鉑力特公司也是我國(guó)較早一批實(shí)現(xiàn)無(wú)支撐金屬3D打印技術(shù)的突破的公司：30°以下懸垂結(jié)構(gòu)無(wú)需支撐，鉑力特攻破無(wú)支撐SLM金屬3D打印技術(shù)-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái) (nanjixiong.com)。結(jié)合無(wú)支撐技術(shù)和高精密LPBF技術(shù)，鉑力特生產(chǎn)出厚度僅為0.1毫米的不銹鋼螺紋部件這一具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用，且最終部件的表面粗糙度達(dá)到Ra≤1.6μm。

鉑力特的另一項(xiàng)創(chuàng)新亮點(diǎn)是開(kāi)發(fā)的F-RD拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，這一精妙的設(shè)計(jì)展示了新型高精密LPBF技術(shù)的潛力。這一設(shè)計(jì)基于算法數(shù)字設(shè)計(jì)方法，能夠創(chuàng)建具有復(fù)雜曲率變化的周期性極小曲面。與傳統(tǒng)方法相比，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的表面紋理質(zhì)量，證明了在突破增材制造極限特征尺寸方面的潛力。鉑力特在高精度金屬激光粉末床熔合（LPBF）技術(shù)的技術(shù)突破，不僅提升了制造微型部件的能力，還解決了傳統(tǒng)金屬LPBF法在表面光潔度和精度方面的挑戰(zhàn)，這對(duì)于依賴(lài)復(fù)雜精密部件生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，是一項(xiàng)革命性的進(jìn)步。

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清研智束雙槍/四電子槍同幅電子束金屬3D打印技術(shù)

2022年11月，清研智束發(fā)布了首臺(tái)采用了EBSM®雙槍同幅電子束金屬3D打印技術(shù)的Qbeam G350設(shè)備，擴(kuò)大了高溫材料的打印幅面、提升了打印效率。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了同步預(yù)熱和掃描，精確控制粉床溫度，打印出更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和材料，滿(mǎn)足航空、航天等領(lǐng)域的需求。Qbeam G350的創(chuàng)新之處在于其自主研發(fā)的雙槍同幅技術(shù)，可同步進(jìn)行預(yù)熱、填充和輪廓掃描，成形效率提高一倍以上。該設(shè)備適用于形狀復(fù)雜、裂紋敏感性材料零部件的加工制造，如大尺寸薄壁零部件及金屬間化合物、難焊高溫合金等材料。

Qbeam S600是清研智束在2024年4月取得的又一突破性成果。憑借其革命性的多電子槍拼接控制技術(shù)，成功整合多個(gè)6kW功率的高能電子槍?zhuān)瑢?shí)現(xiàn)了600×600×700mm的打印尺寸，鈦合金極限沉積效率提高至每小時(shí)400立方厘米以上。這一創(chuàng)新顯著提升了生產(chǎn)效率與成本效益，更大大地縮短了新材料的研發(fā)周期，同時(shí)確保了成品的優(yōu)越性能和廣泛適用性。Qbeam S600的發(fā)布，解決了長(zhǎng)期以來(lái)困擾制造業(yè)的大尺寸鈦合金部件生產(chǎn)難題。相比激光設(shè)備，這款電子束設(shè)備具有顯著的批產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，以某醫(yī)療應(yīng)用典型零件為例，其單件成本降低了47%，設(shè)備產(chǎn)出提高至200%。

△2×2陣列式電子束金屬增材制造設(shè)備Qbeam S600

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漢邦激光聯(lián)手廣東工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)全激光增減材復(fù)合金屬3D打印技術(shù)

在2024年5月，漢邦激光與廣東工業(yè)大學(xué)合作成功研制出了集成原位激光成形、拋光、減材、強(qiáng)化、熱處理和在線監(jiān)測(cè)與閉環(huán)制造參數(shù)調(diào)控等功能的全激光增減材復(fù)合制造裝備。這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)激光增材與超快激光減材在極小時(shí)間尺度上的功能融合，為復(fù)雜高性能構(gòu)件一體化精密制造提供了新技術(shù)與新裝備。全激光增減材復(fù)合金屬3D打印技術(shù)解決了增材制造零件表面粗糙度高的問(wèn)題，突破了精密微小內(nèi)結(jié)構(gòu)無(wú)法制造的難題，實(shí)現(xiàn)了含復(fù)雜微細(xì)內(nèi)結(jié)構(gòu)的零件直接成形，延長(zhǎng)了設(shè)備壽命、無(wú)損耗、綠色工藝。

△LACM全激光增減材復(fù)合制造金屬3D打印工程樣機(jī)

漢邦激光的全激光增減材復(fù)合金屬3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了多激光（連續(xù)激光+超快激光）復(fù)合，光斑尺寸（20-100μm）與能量分布可調(diào)；近微納米級(jí)精密減材技術(shù)，實(shí)現(xiàn)微納米尺度切割；增材鋪粉厚度30-60μm，激光減材精度達(dá)到1μm，滿(mǎn)足精細(xì)結(jié)構(gòu)加工需求。此外，金屬構(gòu)件無(wú)需承受外載荷力，增減材過(guò)程中激光強(qiáng)化與終端面激光拋光，實(shí)現(xiàn)了系列自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多激光運(yùn)動(dòng)硬件集成與控制軟件代碼編寫(xiě)。該技術(shù)的突破解決了增材制造零件表面粗糙度高的問(wèn)題，突破了精密微小內(nèi)結(jié)構(gòu)無(wú)法制造的難題，實(shí)現(xiàn)了含復(fù)雜微細(xì)內(nèi)結(jié)構(gòu)的零件直接成形。這種技術(shù)延長(zhǎng)了設(shè)備壽命、無(wú)損耗、綠色工藝，有望對(duì)金屬3D打印產(chǎn)業(yè)，甚至金屬加工領(lǐng)域造成變革性的影響。

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南京英尼格瑪CML Hybrid多激光同軸復(fù)合3D打印技術(shù)

南京英尼格瑪工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)有限公司在深圳2024 Formnext展會(huì)上推出了一款集自動(dòng)化與智能化于一體的移動(dòng)機(jī)器人增材系統(tǒng)，打破了傳統(tǒng)3D打印設(shè)備的固定性限制，大幅提升了大件工件的生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)采用AGV移動(dòng)小車(chē)作為底盤(pán)，能夠?qū)⒃O(shè)備移動(dòng)至需要操作的工件前，進(jìn)行智能焊接和增材制造，實(shí)現(xiàn)了大件工件的“現(xiàn)場(chǎng)”制造。與之適配的是公司的專(zhuān)有CML Hybrid多激光同軸復(fù)合3D打印技術(shù)，集成了定向能量沉積（DED）的所有工藝，通過(guò)全部可獨(dú)立調(diào)控的6激光模組復(fù)合電弧熱源、6路粉末和絲材同送以及雙路保護(hù)氣，實(shí)現(xiàn)包括多波長(zhǎng)激光復(fù)合、激光電弧復(fù)合、絲粉復(fù)合以及保護(hù)氣復(fù)合的四重復(fù)合技術(shù)。這使得設(shè)備能夠滿(mǎn)足變組分梯度材料、原位合金化增材、高通量材料制備、微觀組織調(diào)控等DED技術(shù)前沿研究方向，同時(shí)可滿(mǎn)足提升增材材料兼容性、增材效率、構(gòu)件精度、性能及復(fù)雜程度等DED技術(shù)工程化應(yīng)用需求。

英尼格瑪?shù)漠a(chǎn)品不僅在硬件上表現(xiàn)出色，還通過(guò)軟件和數(shù)字化手段提升了整體生產(chǎn)效率。公司的智能增材軟件可以通過(guò)模型導(dǎo)入、路徑規(guī)劃、模擬等步驟，自動(dòng)完成增材制造的全流程操作。這一過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，大大降低了操作難度，提高了生產(chǎn)效率。此外，公司還開(kāi)發(fā)了一套過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備內(nèi)部的打印狀態(tài)、溫濕度、熔池的形貌等參數(shù)，提升了產(chǎn)品質(zhì)量、優(yōu)化了生產(chǎn)流程。

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希禾增材綠激光金屬3D打印技術(shù)

深圳希禾增材公司致力于開(kāi)發(fā)綠激光金屬3D打印技術(shù)，特別是在打印銅基材料、難熔金屬材料、貴金屬材料等細(xì)分市場(chǎng)領(lǐng)域提供了優(yōu)秀的解決方案。在2024年3月，希禾增材推出最新的XH-M350G綠激光金屬3D打印機(jī)，凈成型尺寸達(dá)到350×350×500mm，可選配單/雙綠激光，滿(mǎn)足市場(chǎng)上對(duì)紫銅、銅鉻鋯、銅鉻鈮、錫青銅、銅鋁合金、銅鎳合金、鎢、鉭、黃金、鉑金等材料的打印需求。

XH-M350G的技術(shù)特點(diǎn)包括自研單模連續(xù)綠光光纖激光器，可選配多種功率（500W/750W/1000W）單激光/雙激光，提高打印效率。設(shè)備采用上送粉方式，支持單、雙向鋪粉，可選配半/全自動(dòng)吸篩送粉系統(tǒng)。光路系統(tǒng)深度定制，光斑大小可控制在40-60um，覆蓋材料范圍更廣，除常規(guī)材料外，覆蓋銅、貴金屬、難熔金屬等更多材料體系。設(shè)備軟件支持高度開(kāi)源，配備永久濾芯，確保濾芯長(zhǎng)期使用，氣氛循環(huán)系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，大幅降低洗氣、打印過(guò)程中氣體消耗，降低使用成本。模塊化設(shè)計(jì)使得設(shè)備日常維護(hù)管理便捷，搬運(yùn)、運(yùn)輸、安裝簡(jiǎn)便。

希禾增材的綠激光金屬3D打印技術(shù)正在成為細(xì)分市場(chǎng)領(lǐng)域的最佳解決方案，公司希望促進(jìn)金屬增材行業(yè)進(jìn)一步全面、快速、健康發(fā)展。隨著技術(shù)的逐步普及應(yīng)用，希禾增材將繼續(xù)推出多尺寸、多激光的產(chǎn)品，以匹配更多應(yīng)用場(chǎng)景的市場(chǎng)需求。

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（1) 采用自研高功率單模激光器，希禾增材發(fā)布國(guó)產(chǎn)綠激光金屬3D打印機(jī)XH-M160G-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái) (nanjixiong.com)

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其他金屬3D打印技術(shù)的突破

無(wú)支撐金屬3D打印技術(shù)是我國(guó)近年來(lái)取得顯著突破的一大技術(shù)領(lǐng)域，并逐漸打破了國(guó)際技術(shù)壟斷局面。從2023年起，易加三維、鉑力特、華曙高科等眾多國(guó)內(nèi)廠商紛紛發(fā)布了自己的無(wú)支撐/少支撐打印技術(shù)，這些技術(shù)在成形質(zhì)量、打印幅面和打印效率上均展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。德國(guó)Velo3D、EOS等公司曾以其無(wú)支撐技術(shù)領(lǐng)先市場(chǎng)，但中國(guó)廠商的崛起，憑借技術(shù)創(chuàng)新和高性?xún)r(jià)比，開(kāi)始在國(guó)際市場(chǎng)上嶄露頭角。

中國(guó)的無(wú)支撐金屬3D打印技術(shù)不僅在工藝軟件上取得進(jìn)展，更有廠商已經(jīng)推出了成熟的設(shè)備，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用。這些技術(shù)的發(fā)展，不僅減少了對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的依賴(lài)，降低了材料使用和后處理要求，還極大推動(dòng)了金屬3D打印在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造等高端應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)步。中國(guó)的金屬3D打印技術(shù)正以強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭，在全球范圍內(nèi)刮起一股中國(guó)風(fēng)：技術(shù)被攻破，無(wú)支撐金屬3D打印將刮起中國(guó)風(fēng)-南極熊3D打印網(wǎng) - 平臺(tái) (nanjixiong.com)

結(jié)語(yǔ)

西空制造、鉑力特、清研智束、漢邦激光以及希禾增材等企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，不僅推動(dòng)了國(guó)內(nèi)金屬3D打印技術(shù)的進(jìn)步，加快了中國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，也為全球金屬加工領(lǐng)域帶來(lái)了新的可能性。這些技術(shù)的發(fā)展，不僅提升了生產(chǎn)效率和制造精度，還拓展了材料的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的高效制造。

展望未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟和應(yīng)用的不斷拓展，金屬3D打印技術(shù)將繼續(xù)在中國(guó)，甚至全球舞臺(tái)上發(fā)揮重要作用，為制造業(yè)的智能化、自動(dòng)化、綠色化貢獻(xiàn)中國(guó)智慧。我們有理由相信，通過(guò)持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新與市場(chǎng)探索，金屬3D打印將為各行各業(yè)帶來(lái)更多顛覆性的變革，開(kāi)啟工業(yè)制造的新篇章。