3D Systems直接金属打印(DMP)的优势、设备与应用场景！

近年来，随着3D打印技术的不断发展，增材制造技术在各个行业的应用日益广泛。3D Systems作为全球领先的3D打印解决方案提供商，持续推动技术创新，特别是在金属3D打印领域取得了显著成果。2024年11月26日，3D Systems进行了直播，介绍了直接金属打印(DMP)的原理、优势、存在的问题以及相关解决方案，同时3D Systems推出了多款DMP打印机，以满足不同应用场景。



在众多金属3D打印技术中，为何选择直接金属打印（DMP）？

直接金属打印(DMP)是一种增材制造技术，可生产各种金属合金材料的零件。直接金属打印以金属粉末为最初的原材料，逐层制造产品。随后将每一层金属粉末熔化在前一层上，生产出可与传统制造技术(铣削、铸造)生产的部件相媲美的坚固且致密的部件(高达99.9%)。直接金属打印过程几乎不产生材料浪费，并且能够构建其他制造方法无法实现的复杂几何形状。


●DMP是构建有机形状的复杂内部特征(如随形冷却流道)的理想之选。

●将多个部件组合成为单个产品，避免了装配流程(如焊接)的缺点，继而提升了功能。



核心优势
●设计自由度：3D Systems的金属3D打印技术允许设计师创建具有复杂内部结构的零件，这些结构在传统制造工艺中难以或不可能实现。

●功能性增强：通过将多种功能（如热功能、流量功能、结构功能等）集成到单一部件中，可以显著提升产品的整体性能。

●减少组件数量：3D打印技术可以将多个组件整合为一个整体，减少组装步骤，提高生产效率。

●生产速度快：与传统减材制造相比，无需磨具或大量编程工作

●拓扑优化：通过先进的软件算法，3D Systems可以帮助用户优化零件设计，减轻重量并提高强度，特别适用于航空航天等领域。

金属3D打印面临的问题及解决方案
尽管金属3D打印技术带来了许多优势，但也存在一些挑战和问题：

●热应力和变形：



问题：在3D打印过程中，由于激光高温熔融和快速冷却，材料内部会产生热应力，导致零件变形和裂纹。

解决方案：通过优化打印路径和添加支撑结构，可以有效减少热应力。此外，热处理过程可以进一步消除内部应力，提高零件的机械性能。

●粉末管理和回收：

问题：金属粉末的管理和回收是一个复杂的过程，不当的操作可能导致粉末污染和浪费。

解决方案：3D Systems的设备配备了集成式粉末管理系统，可以在惰性气体保护下自动回收和筛选粉末，确保粉末的纯净度和重复使用率。

●表面质量和精度：


问题：打印过程中可能出现表面粗糙和精度不足的问题，影响最终产品的性能。

解决方案：通过精确的激光控制和优化的打印参数，可以提高表面质量和精度。此外，后处理步骤如抛光和打磨也是提升表面质量的重要手段。

●生产安全：

问题：金属3D打印过程中产生的粉尘和黑烟对人体和环境有害。

解决方案：3D Systems提供了全面的个人防护装备和安全措施，如惰性气体保护、高效除尘系统和灭火设备，确保操作人员的安全。

3DXpert——强大的3D打印软件



3DXpert 是一款由 3D Systems 开发的综合性 3D 打印软件，旨在为用户提供从设计到打印再到后处理的全流程解决方案。该软件支持多种常见的 3D 模型格式（如 STL、OBJ、STEP 等），并提供自动修复工具，帮助用户修正模型中的错误和缺陷，确保导入的模型无误，提高打印成功率。



△3DXpert软件支撑

3DXpert提供强大的模型布局工具，用户可以自由放置和排列模型，优化打印平台的利用率，最大化打印效率，减少材料浪费。软件支持自动或手动生成支撑结构，提供多种支撑类型（如树状支撑、片状支撑等），并详细设置支撑参数，确保复杂结构的稳定性和打印质量，减少后处理难度。通过将模型切片成多个层并生成详细的打印路径，3DXpert 支持多激光系统和多材料打印，优化打印路径，提高打印速度和精度。

内置的热应力分析工具可以预测打印过程中可能产生的热应力和变形，并提供补偿方案，减少打印过程中的变形和裂纹，提高零件的机械性能。3DXpert 还提供实时的打印仿真和预览功能，用户可以在实际打印前查看打印效果，提前发现潜在问题，避免浪费时间和材料。软件中的后处理规划工具包括支撑去除、表面处理等步骤的指导，简化后处理流程，提高最终产品的质量。支持多种金属材料，提供详细的材料参数设置和管理工具，确保选用合适的材料，提高打印效果。此外，3DXpert 还提供远程监控和管理功能，用户可以实时查看打印进度和状态，提高生产管理效率，及时处理异常情况。

总之，3D Expert 凭借其强大的功能和全面的解决方案，已经成为金属 3D 打印领域的必备工具，无论是在设计优化、打印路径规划，还是后处理指导方面，都能为用户提供高效、可靠的帮助，推动各行业的创新发展。

3D Systems 直接金属打印机
3D Systems推出了多款先进的直接金属打印机，适用于不同行业的需求：

升级版DMP Flex 200:


△DMP Flex 200

关键特点：



●DMP Flex 200 的设计旨在采用直接金属打印 (DMP) 的方式，在确保高质量的情况下，实现小型、复杂且细节精密的金属部件的专业 3D 打印金属制造。

●DMP Flex 200 建模体积大，达 140 x 140 x 115 毫米（5.51 x 5.51 x 4.53 英寸），采用全新的打印板夹紧机构，免去了在建模室进行螺钉管理的麻烦。

●DMP Flex 200 配备了通向建模室的真空清洁剂通道，其以密封状态保存在惰性气体环境下。所有表面均十分光洁，不会接触粉末。打印板和粉末容器均通气闸进出打印室，可避免接触粉末并防止氧气进入建模室。


△使用DMP Flex 200打印的零件

DMP 350系列：

DMP 350系列有多种打印机，是3D Systems旗舰款直接金属3D打印机，配备了500W光纤激光器，具有单激光器和多激光器吞吐量配置，可为要求最苛刻的客户提供最高质量的全致密金属零件。非常适合医疗和工业应用，最大打印体积为275x275x420mm


△DMP 350系列直接金属打印机

●一流的钛，卓越的镍性能
●RPM(可拆卸打印模块)便于打印交换，以最大限度地延长正常运行时间
●真空室概念，具有市场上一流的氧含量水平：氧气含量极低<25ppm，氩气消耗量极低；TI、AI、Cu合金:在机器中不会降解，从而减少粉末报废/减少粉末消耗与竞争=提高TCO
●可靠的系统、稳定的工艺、高质量的工艺参数
●可选的打印体积减小器，用于用最少的粉末验证材料
●可选加热打印板，调节热应力，提高打印成功率。

Flex/Factory/Dual/Triple-哪种型号最合适？



DMP 350不同打印机对应不同的应用场景，各种打印机应用特点可以参见上表。相对来说，Flex 350更加灵活，能够使用更多的材料。Factory 350最大的特点是集成了粉末处理和筛分，减少了材料的暴露和浪费，保护了操作人员的安全。Dual和Triple分别表示双激光系统和三激光系统。


△DMP 350系列应用场景

应用案例

随形冷却通道改进模具&刀具


△使用一体化金属增材制造软件解决方案，可以快速应用和迭代复杂的随形冷却流道，以创建最高效的设计。

●复杂设计快速迭代
增材制造能够准确打印复杂的几何形状。采用传统方法创建高效的冷却流道极具挑战性。因为冷却流道往往具有不同深度，宽窄不一，并且模具表面容易出现卷曲。此外，增材制造还能加快设计迭代。




●设计自由度
通过采用增材制造，模具制造商可获得借助传统方法无法实现的全新设计可能性。对于具有随形冷却流道的增材制造部件，可遵循多年来渐趋成熟完善的设计指南，以轻松克服颇具挑战性的几何形状限制，例如菱形、椭圆形或泪珠形等自支撑结构。

●薄壁
直接金属打印 (DMP) 可以实现低至 0.3 毫米的高精度壁厚（取决于具体应用情形），从而实现用于生产复杂轮胎胎面的冬季轮胎沟槽以及需要狭窄设计的冷却通道等诸多应用。


△此分段模具中打印的轮胎沟槽壁厚为 500 微米


△切削工具采用轻质晶格结构填充，可节省材料并缩短打印时间，从而保持工具刚性，同时降低成本。

汽车领域
汽车行业同样受益于3D Systems的金属3D打印技术。例如，电动汽车的电机冷却外壳通过3D打印设计，冷却效率提高了20%，重量减少了15%。此外，复杂的汽车排气系统也可以通过3D打印一次性成型，大大缩短了生产周期。


△电动车电机冷却壳体


△汽车排气管

航空航天领域
在航空航天领域，3D Systems的技术被用来制造轻量化且结构复杂的零部件，如发动机叶片和燃烧室。这些部件通过拓扑优化设计，实现了重量减轻和性能提升，有助于提高燃油效率和降低运营成本。

结语
3D Systems的金属3D打印技术以其卓越的设计自由度、高性能和广泛应用，正在引领制造业的变革。未来，随着技术的进一步发展，3D打印将在更多领域发挥重要作用，推动产业升级和创新。通过不断优化技术和解决实际问题，3D Systems将继续为各行业提供高效、可靠的3D打印解决方案。