3D Systems直接金屬打印(DMP)的優(yōu)勢(shì)、設(shè)備與應(yīng)用場(chǎng)景！

近年來，隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，增材制造技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛。3D Systems作為全球領(lǐng)先的3D打印解決方案提供商，持續(xù)推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，特別是在金屬3D打印領(lǐng)域取得了顯著成果。2024年11月26日，3D Systems進(jìn)行了直播，介紹了直接金屬打印(DMP)的原理、優(yōu)勢(shì)、存在的問題以及相關(guān)解決方案，同時(shí)3D Systems推出了多款DMP打印機(jī)，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景。



在眾多金屬3D打印技術(shù)中，為何選擇直接金屬打�。―MP）？

直接金屬打印(DMP)是一種增材制造技術(shù)，可生產(chǎn)各種金屬合金材料的零件。直接金屬打印以金屬粉末為最初的原材料，逐層制造產(chǎn)品。隨后將每一層金屬粉末熔化在前一層上，生產(chǎn)出可與傳統(tǒng)制造技術(shù)(銑削、鑄造)生產(chǎn)的部件相媲美的堅(jiān)固且致密的部件(高達(dá)99.9%)。直接金屬打印過程幾乎不產(chǎn)生材料浪費(fèi)，并且能夠構(gòu)建其他制造方法無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜幾何形狀。


●DMP是構(gòu)建有機(jī)形狀的復(fù)雜內(nèi)部特征(如隨形冷卻流道)的理想之選。

●將多個(gè)部件組合成為單個(gè)產(chǎn)品，避免了裝配流程(如焊接)的缺點(diǎn)，繼而提升了功能。



核心優(yōu)勢(shì)
●設(shè)計(jì)自由度：3D Systems的金屬3D打印技術(shù)允許設(shè)計(jì)師創(chuàng)建具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件，這些結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)制造工藝中難以或不可能實(shí)現(xiàn)。

●功能性增強(qiáng)：通過將多種功能（如熱功能、流量功能、結(jié)構(gòu)功能等）集成到單一部件中，可以顯著提升產(chǎn)品的整體性能。

●減少組件數(shù)量：3D打印技術(shù)可以將多個(gè)組件整合為一個(gè)整體，減少組裝步驟，提高生產(chǎn)效率。

●生產(chǎn)速度快：與傳統(tǒng)減材制造相比，無需磨具或大量編程工作

●拓?fù)鋬?yōu)化：通過先進(jìn)的軟件算法，3D Systems可以幫助用戶優(yōu)化零件設(shè)計(jì)，減輕重量并提高強(qiáng)度，特別適用于航空航天等領(lǐng)域。

金屬3D打印面臨的問題及解決方案
盡管金屬3D打印技術(shù)帶來了許多優(yōu)勢(shì)，但也存在一些挑戰(zhàn)和問題：

●熱應(yīng)力和變形：



問題：在3D打印過程中，由于激光高溫熔融和快速冷卻，材料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致零件變形和裂紋。

解決方案：通過優(yōu)化打印路徑和添加支撐結(jié)構(gòu)，可以有效減少熱應(yīng)力。此外，熱處理過程可以進(jìn)一步消除內(nèi)部應(yīng)力，提高零件的機(jī)械性能。

●粉末管理和回收：

問題：金屬粉末的管理和回收是一個(gè)復(fù)雜的過程，不當(dāng)?shù)牟僮骺赡軐?dǎo)致粉末污染和浪費(fèi)。

解決方案：3D Systems的設(shè)備配備了集成式粉末管理系統(tǒng)，可以在惰性氣體保護(hù)下自動(dòng)回收和篩選粉末，確保粉末的純凈度和重復(fù)使用率。

●表面質(zhì)量和精度：


問題：打印過程中可能出現(xiàn)表面粗糙和精度不足的問題，影響最終產(chǎn)品的性能。

解決方案：通過精確的激光控制和優(yōu)化的打印參數(shù)，可以提高表面質(zhì)量和精度。此外，后處理步驟如拋光和打磨也是提升表面質(zhì)量的重要手段。

●生產(chǎn)安全：

問題：金屬3D打印過程中產(chǎn)生的粉塵和黑煙對(duì)人體和環(huán)境有害。

解決方案：3D Systems提供了全面的個(gè)人防護(hù)裝備和安全措施，如惰性氣體保護(hù)、高效除塵系統(tǒng)和滅火設(shè)備，確保操作人員的安全。

3DXpert——強(qiáng)大的3D打印軟件



3DXpert 是一款由 3D Systems 開發(fā)的綜合性 3D 打印軟件，旨在為用戶提供從設(shè)計(jì)到打印再到后處理的全流程解決方案。該軟件支持多種常見的 3D 模型格式（如 STL、OBJ、STEP 等），并提供自動(dòng)修復(fù)工具，幫助用戶修正模型中的錯(cuò)誤和缺陷，確保導(dǎo)入的模型無誤，提高打印成功率。



△3DXpert軟件支撐

3DXpert提供強(qiáng)大的模型布局工具，用戶可以自由放置和排列模型，優(yōu)化打印平臺(tái)的利用率，最大化打印效率，減少材料浪費(fèi)。軟件支持自動(dòng)或手動(dòng)生成支撐結(jié)構(gòu)，提供多種支撐類型（如樹狀支撐、片狀支撐等），并詳細(xì)設(shè)置支撐參數(shù)，確保復(fù)雜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和打印質(zhì)量，減少后處理難度。通過將模型切片成多個(gè)層并生成詳細(xì)的打印路徑，3DXpert 支持多激光系統(tǒng)和多材料打印，優(yōu)化打印路徑，提高打印速度和精度。

內(nèi)置的熱應(yīng)力分析工具可以預(yù)測(cè)打印過程中可能產(chǎn)生的熱應(yīng)力和變形，并提供補(bǔ)償方案，減少打印過程中的變形和裂紋，提高零件的機(jī)械性能。3DXpert 還提供實(shí)時(shí)的打印仿真和預(yù)覽功能，用戶可以在實(shí)際打印前查看打印效果，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，避免浪費(fèi)時(shí)間和材料。軟件中的后處理規(guī)劃工具包括支撐去除、表面處理等步驟的指導(dǎo)，簡(jiǎn)化后處理流程，提高最終產(chǎn)品的質(zhì)量。支持多種金屬材料，提供詳細(xì)的材料參數(shù)設(shè)置和管理工具，確保選用合適的材料，提高打印效果。此外，3DXpert 還提供遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理功能，用戶可以實(shí)時(shí)查看打印進(jìn)度和狀態(tài)，提高生產(chǎn)管理效率，及時(shí)處理異常情況。

總之，3D Expert 憑借其強(qiáng)大的功能和全面的解決方案，已經(jīng)成為金屬 3D 打印領(lǐng)域的必備工具，無論是在設(shè)計(jì)優(yōu)化、打印路徑規(guī)劃，還是后處理指導(dǎo)方面，都能為用戶提供高效、可靠的幫助，推動(dòng)各行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

3D Systems 直接金屬打印機(jī)
3D Systems推出了多款先進(jìn)的直接金屬打印機(jī)，適用于不同行業(yè)的需求：

升級(jí)版DMP Flex 200:


△DMP Flex 200

關(guān)鍵特點(diǎn)：



●DMP Flex 200 的設(shè)計(jì)旨在采用直接金屬打印 (DMP) 的方式，在確保高質(zhì)量的情況下，實(shí)現(xiàn)小型、復(fù)雜且細(xì)節(jié)精密的金屬部件的專業(yè) 3D 打印金屬制造。

●DMP Flex 200 建模體積大，達(dá) 140 x 140 x 115 毫米（5.51 x 5.51 x 4.53 英寸），采用全新的打印板夾緊機(jī)構(gòu)，免去了在建模室進(jìn)行螺釘管理的麻煩。

●DMP Flex 200 配備了通向建模室的真空清潔劑通道，其以密封狀態(tài)保存在惰性氣體環(huán)境下。所有表面均十分光潔，不會(huì)接觸粉末。打印板和粉末容器均通氣閘進(jìn)出打印室，可避免接觸粉末并防止氧氣進(jìn)入建模室。


△使用DMP Flex 200打印的零件

DMP 350系列：

DMP 350系列有多種打印機(jī)，是3D Systems旗艦款直接金屬3D打印機(jī)，配備了500W光纖激光器，具有單激光器和多激光器吞吐量配置，可為要求最苛刻的客戶提供最高質(zhì)量的全致密金屬零件。非常適合醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用，最大打印體積為275x275x420mm


△DMP 350系列直接金屬打印機(jī)

●一流的鈦，卓越的鎳性能
●RPM(可拆卸打印模塊)便于打印交換，以最大限度地延長(zhǎng)正常運(yùn)行時(shí)間
●真空室概念，具有市場(chǎng)上一流的氧含量水平：氧氣含量極低<25ppm，氬氣消耗量極低；TI、AI、Cu合金:在機(jī)器中不會(huì)降解，從而減少粉末報(bào)廢/減少粉末消耗與競(jìng)爭(zhēng)=提高TCO
●可靠的系統(tǒng)、穩(wěn)定的工藝、高質(zhì)量的工藝參數(shù)
●可選的打印體積減小器，用于用最少的粉末驗(yàn)證材料
●可選加熱打印板，調(diào)節(jié)熱應(yīng)力，提高打印成功率。

Flex/Factory/Dual/Triple-哪種型號(hào)最合適？



DMP 350不同打印機(jī)對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，各種打印機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)可以參見上表。相對(duì)來說，F(xiàn)lex 350更加靈活，能夠使用更多的材料。Factory 350最大的特點(diǎn)是集成了粉末處理和篩分，減少了材料的暴露和浪費(fèi)，保護(hù)了操作人員的安全。Dual和Triple分別表示雙激光系統(tǒng)和三激光系統(tǒng)。


△DMP 350系列應(yīng)用場(chǎng)景

應(yīng)用案例

隨形冷卻通道改進(jìn)模具&刀具


△使用一體化金屬增材制造軟件解決方案，可以快速應(yīng)用和迭代復(fù)雜的隨形冷卻流道，以創(chuàng)建最高效的設(shè)計(jì)。

●復(fù)雜設(shè)計(jì)快速迭代
增材制造能夠準(zhǔn)確打印復(fù)雜的幾何形狀。采用傳統(tǒng)方法創(chuàng)建高效的冷卻流道極具挑戰(zhàn)性。因?yàn)槔鋮s流道往往具有不同深度，寬窄不一，并且模具表面容易出現(xiàn)卷曲。此外，增材制造還能加快設(shè)計(jì)迭代。




●設(shè)計(jì)自由度
通過采用增材制造，模具制造商可獲得借助傳統(tǒng)方法無法實(shí)現(xiàn)的全新設(shè)計(jì)可能性。對(duì)于具有隨形冷卻流道的增材制造部件，可遵循多年來漸趨成熟完善的設(shè)計(jì)指南，以輕松克服頗具挑戰(zhàn)性的幾何形狀限制，例如菱形、橢圓形或淚珠形等自支撐結(jié)構(gòu)。

●薄壁
直接金屬打印 (DMP) 可以實(shí)現(xiàn)低至 0.3 毫米的高精度壁厚（取決于具體應(yīng)用情形），從而實(shí)現(xiàn)用于生產(chǎn)復(fù)雜輪胎胎面的冬季輪胎溝槽以及需要狹窄設(shè)計(jì)的冷卻通道等諸多應(yīng)用。


△此分段模具中打印的輪胎溝槽壁厚為 500 微米


△切削工具采用輕質(zhì)晶格結(jié)構(gòu)填充，可節(jié)省材料并縮短打印時(shí)間，從而保持工具剛性，同時(shí)降低成本。

汽車領(lǐng)域
汽車行業(yè)同樣受益于3D Systems的金屬3D打印技術(shù)。例如，電動(dòng)汽車的電機(jī)冷卻外殼通過3D打印設(shè)計(jì)，冷卻效率提高了20%，重量減少了15%。此外，復(fù)雜的汽車排氣系統(tǒng)也可以通過3D打印一次性成型，大大縮短了生產(chǎn)周期。


△電動(dòng)車電機(jī)冷卻殼體


△汽車排氣管

航空航天領(lǐng)域
在航空航天領(lǐng)域，3D Systems的技術(shù)被用來制造輕量化且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和燃燒室。這些部件通過拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了重量減輕和性能提升，有助于提高燃油效率和降低運(yùn)營(yíng)成本。

結(jié)語
3D Systems的金屬3D打印技術(shù)以其卓越的設(shè)計(jì)自由度、高性能和廣泛應(yīng)用，正在引領(lǐng)制造業(yè)的變革。未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，3D打印將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和創(chuàng)新。通過不斷優(yōu)化技術(shù)和解決實(shí)際問題，3D Systems將繼續(xù)為各行業(yè)提供高效、可靠的3D打印解決方案。