金属3D打印指南（四）

金属挤压

金属挤压是一种替代的低成本金属3D打印工艺，主要适用于原型制作或一次性定制零件。

什么是金属挤压3D打印？

正在运行的金属挤压3D打印机

金属挤压是塑料经典FDM工艺的一种变体。第一台金属挤压3D打印机于2018年发布。该技术也被称为结合金属沉积(BMD)或原子扩散增材制造(ADAM)

与FDM一样，零件是通过喷嘴挤出材料逐层构建的。与FDM不同，该材料不是塑料，而是使用聚合物粘合剂粘合在一起的金属粉末。印刷步骤的结果是“绿色”部分需要脱脂和烧结才能完全变成金属。

金属挤压是如何工作的？

金属挤压是一个三阶段的过程。它包括印刷步骤、脱脂步骤和烧结步骤。以下是打印步骤的工作原理：

原材料呈细丝或棒状，通常由通过聚合物和/或蜡结合在一起的金属颗粒组成。

该棒或细丝通过加热喷嘴挤出并逐层沉积，以构建基于CAD模型的零件。

同时，必要时建立支撑结构。支架和零件之间的界面上印有陶瓷支撑材料，便于以后手动移除。

打印完成后，需要使用与粘合剂喷射中类似的步骤对生成的“绿色”部件进行后处理以变成金属。“绿色”首先在溶液中洗涤数小时以去除大部分粘合剂。然后将其在炉中烧结以将金属颗粒粘合在一起并形成全金属部件。

金属挤压工艺的三个步骤

在烧结过程中，零件尺寸减小了约20%。零件被打印得更大以弥补这一点。就像在粘合剂喷射中一样，这种收缩不是均匀的。这意味着需要一些试验和错误才能为特定设计产生准确的结果。

金属挤压与塑料的FDM

MetalExtrusion和塑料FDM打印机的工作方式非常相似。例如，这两种工艺都使用单元格轮廓和填充来打印空心部件。

除了材料之外，您还应该记住金属挤压和FDM之间的另外两个重要的实际差异。两者都与脱脂和烧结过程的力学有关。

壁厚：在金属挤压中，零件应始终具有一致的壁厚（最好小于10毫米）。如果不是这种情况，则完全脱脂和烧结零件所需的时间可能会增加几个小时。

支撑结构：与FDM一样，在金属挤压中，打印过程中通常需要支撑。然而，在金属挤压中，烧结步骤也需要支撑。在这些非常高的温度下，金属材料变得柔软而柔韧，并可能在其自身重量下坍塌。

金属挤压的优点和局限性

MetalExtrusion非常适合功能性原型制作和金属零件的小型生产，否则这些零件需要5轴CNC加工才能生产。

MetalExtrusion打印机的成本仅为DMLS/SLM或粘合剂喷射的一小部分，是迄今为止最经济的金属系统。通过这种方式，更广泛的受众可以受益于金属3D打印的主要优势（优化结构、装配整合、内部渠道），尤其是用于原型制作和小批量生产。此外，这些系统的易用性及其对健康和安全的要求低，使其对内部生产定制零件或工具以支持其他操作具有吸引力。

不过，与其他制造技术（如CNC加工和钣金）相比，金属挤压的成本仍然相当可观。对于简单的几何形状，选择传统制造工艺更经济（通常更快），即使外包生产也是如此。对最终成本的最大贡献是对印刷后的“绿色”部件进行脱胶和烧结所需的时间。这样做平均需要24到72小时。

从技术角度来看，使用这些系统生产的零件不适合要求苛刻的应用，因为它们的机械性能比锻造金属低（强度低约33%），因为它们的内部孔隙率（约2-4%）。

低成本金属3D打印

功能金属原型

易于使用的系统

简单零件的成本比CNC高

冗长的后期处理

强度比锻造低33%

金属挤压技术特点