金属区域曝光增材制造——快速、精确的3D打印技术

来源： 增材工业

区域曝光增材制造（AEAM）是一种前沿的3D打印技术，通过大面积曝光而非传统的逐点或逐层扫描来实现物体的快速制造。本文深入探讨了AEAM技术如何推动金属3D打印领域向更高速度、更高精度的方向发展。作为一种创新的制造手段，AEAM正在重新定义传统金属增材制造的架构，为工业应用带来显著的效率和精度提升。

金属区域曝光增材制造的技术原理
区域曝光增材制造的核心在于其独特的大面积曝光技术。与传统逐点或逐层扫描的3D打印方式不同，AEAM通过一次性曝光整个区域，大幅缩短了制造时间。该技术利用高能光源（如激光或电子束）对金属粉末进行大面积固化，结合光敏粘合剂或直接烧结技术，实现金属零件的快速成型。

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在AEAM中，光不再是沿线扫描的一束激光，而是通过数字微镜设备（DMD）或液晶显示器（LCD）一次性将图案投射到整个构建区域。这意味着每个需要熔合的金属颗粒都会同时接收到正确形状的光，从而显著提高了制造速度，远超传统的激光烧结技术。

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AEAM技术依赖于高能设备，如光学寻址光阀（OALV）和数字微镜（DMD），这些设备能够处理熔化金属粉末所需的高热量和功率。与通常使用低功率紫外线的聚合物基增材制造不同，金属增材制造需要强红外或近红外光源来熔化金属粉末。

航空航天、汽车与医疗领域的应用
与传统金属增材制造技术相比，AEAM不仅提高了打印速度，还通过优化曝光参数实现了更高的精度和表面质量。这种技术特别适合制造复杂几何形状的金属零件，同时减少了材料浪费。

打印样品的表面粗糙度 来源：[2]

目前，AEAM技术在多个行业中得到了广泛应用，在航空航天领域，其快速制造能力和高精度特性使其成为生产轻量化、高强度零部件的理想选择。例如，复杂的发动机部件和结构件可以通过AEAM技术快速成型，同时满足严格的性能要求。

在医疗领域，AEAM在定制化植入物和手术器械的制造中已有应用。通过高精度打印，医生可以为患者量身定制金属植入物，显著提高手术成功率并缩短康复时间。此外，AEAM在汽车制造、能源设备和消费品领域也展现出广阔的应用前景，其高效的生产能力使得小批量定制化生产变得更加经济可行。

尽管AEAM技术前景广阔，但仍面临一些挑战。首先，设备成本较高，限制了其在中小型企业中的普及。其次，金属粉末和光敏粘合剂的选择对打印质量有重要影响，需要进一步的材料研发支持。

未来，AEAM技术的发展方向包括：

• 设备优化：降低设备成本并提高可靠性。
• 材料创新：开发更多适用于AEAM的金属粉末和粘合剂。
• 工艺标准化：建立统一的工艺标准，推动技术普及。
• 应用扩展：探索更多工业领域的应用场景。
  

AEAM代表了金属3D打印技术的未来发展方向。其快速、精确和高效的特点使其在航空航天、医疗、汽车等多个领域展现出巨大潜力。尽管面临一些挑战，但随着技术的不断进步和应用的深入，AEAM有望成为金属增材制造领域的主流技术，为制造业带来革命性的变革。

参考论文：
[1] https://doi.org/10.1016/j.amf.2024.200171
[2] https : //doi.org/10.3390/app11083647