SLM是目前应用广的金属3D打印技术,其主要是通过高能激光束(功率通常为200-1000W)逐层熔化金属粉末,形成致密实体。工艺参数如激光功率、扫描速度和层厚(通常20-50μm)需精确匹配:功率过低导致未熔合缺陷,过高则引发飞溅和变形。为提高效率,多激光系统(如四激光同步扫描)被用于大尺寸零件制造。SLM适合复杂薄壁结构,例如航空航天领域的燃油喷嘴,传统工艺需20个部件组装,SLM可一体成型,减少焊缝并提升耐压性。然而,残余应力控制仍是难点,需通过基板预热(比较高达500℃)和支撑结构优化缓解开裂风险。再生金属粉末技术通过废料回收重熔造粒,为环保型3D打印提供低成本、低碳排放的可持续材料解决方案。陕西金属粉末

纳米级金属粉末(粒径<100nm)可实现超高分辨率打印(层厚<5μm),用于微机电系统(MEMS)和医疗微型传感器。例如,纳米银粉打印的柔性电路导电性接近块体银,但成本是传统蚀刻工艺的3倍。主要瓶颈是纳米粉的高活性:比表面积大导致易氧化(如铝粉自燃),需通过表面包覆(如二氧化硅涂层)或惰性气体封装储存。此外,纳米颗粒吸入危害大,需配备N99级防护的封闭式打印系统。日本JFE钢铁已开发纳米铁粉的稳定制备工艺,未来或推动微型轴承和精密模具制造。

电子束熔化(EBM)在真空环境中利用高能电子束逐层熔化金属粉末,其能量密度可达激光的10倍以上,特别适合加工高熔点材料(如钛合金、钽和镍基高温合金)。EBM的预热温度通常为700-1000℃,可明显降低残余应力,避免零件开裂。例如,GE航空采用EBM制造LEAP发动机的燃油喷嘴,将传统20个零件集成为单件,减重25%,耐温性能提升至1200℃。但EBM的打印精度(约100μm)低于SLM,表面需后续机加工。此外,真空环境可防止金属氧化,但设备成本和维护复杂度较高,限制了其在中小企业的普及。
粘结剂喷射(Binder Jetting)通过喷墨头选择性沉积粘结剂,逐层固化金属粉末,生坯经脱脂(去除90%以上有机物)和烧结后致密化。其打印速度是SLM的10倍,且无需支撑结构,适合批量生产小型零件(如齿轮、齿科冠桥)。Desktop Metal的“Studio System”使用420不锈钢粉,烧结后密度达97%,成本为激光熔融的1/5。但该技术对粉末粒径要求严苛(需<25μm),且烧结收缩率高达20%,需通过数字补偿算法预先调整模型尺寸。惠普(HP)推出的Metal Jet系统已用于生产数百万个不锈钢剃须刀片,良品率超99%。同步辐射X射线成像技术被用于实时观测金属3D打印过程中的熔池动态行为。

NASA的“OSAM-2”任务计划在轨打印10米长Ka波段天线,采用铝硅合金粉末(粒径20-45μm)和电子束技术。微重力环境下,粉末需通过静电吸附铺装(电场强度5kV/m),层厚控制精度±3μm。俄罗斯Energia公司测试了真空环境下的钛合金SLM打印,零件孔隙率0.2%,但设备功耗高达8kW,远超卫星供电能力。未来月球基地建设中,3D打印可利用月壤提取的金属粉末(如钛铁矿还原成钛粉)制造结构件,但月尘的高磨蚀性需开发专业用送粉系统,当前试验中部件寿命不足100小时。铝合金3D打印件经过热处理后,抗拉强度可提升30%以上,但易出现热裂纹缺陷。山西钛合金粉末厂家
3D打印金属粉末的球形度和粒径分布直接影响打印件的致密度和力学性能。陕西金属粉末
液态金属(镓铟锡合金)3D打印技术通过微注射成型制造可拉伸电路,导电率3×10⁶ S/m,拉伸率超200%。美国卡内基梅隆大学开发的直写式打印系统,可在弹性体基底上直接沉积液态金属导线(线宽50μm),用于柔性传感器阵列。另一突破是纳米银浆打印:烧结温度从300℃降至150℃,兼容PET基板,电阻率2.5μΩ·cm。挑战包括:① 液态金属的高表面张力需低粘度改性剂(如盐酸处理);② 纳米银的氧化问题需惰性气体封装。韩国三星已实现5G天线金属网格的3D打印量产,成本降低40%。