DED定向能量沉積金屬3D打印技術潛力有多大？

南極熊導讀：近年來，增材制造一直是制造業(yè)發(fā)展最快的領域之一。雖然金屬增材制造部件越來越多地用于結構應用，但很少有塑料增材制造部件和工藝為此提供足夠的耐久性。因此，定向能量沉積（DED）3D打印技術的出現(xiàn)被用于可直接數(shù)字化制造超高強度、重量輕的復合材料零件，提供了打印超出平面層傳統(tǒng)限制的材料。

什么是 DED？

DED是一種金屬增材制造工藝，通過這種工藝，熔融金屬選擇性地分層沉積，以構建完全致密的組件?？赡苣犝f過 WAAM（Wire Arc Additive Manufacturing）、LMD（Laser Metal Deposition）、LENS（Laser Engineered Net Shape）、DMD（Directed Metal Deposition）或其他一些縮寫詞，弄不清楚沒關系，這些通常是只是設備制造商用來區(qū)分其產品的專有名稱。雖然有很多名稱，但實際上技術差別不大。

定向能量沉積（DED）與PBF相似，因為它使用激光（或電子）束熔化粉末。但是，粉末原料的沉積和熔化方式使DED可以更輕松，更經濟地擴展至更大的AM零件。

通常，DED 系統(tǒng)需要三個主要組件；一個操縱器，用于控制金屬的沉積位置、材料的進料以及熔化該材料的能源。機械手通常采用數(shù)控龍門或機器人的形式。該材料將是金屬絲或粉末形式，能源是激光或電?。ㄓ捎诔杀驹蛩圆惶Ｒ姡?。

△接近最終形狀和完成的航空航天部件。圖片來自Norsk Titanium

與其他金屬增材制造工藝相比，DED 更高的沉積速率使該工藝能夠生產更大規(guī)模（通常為 1m +）的組件，對生產力水平的權衡是零件分辨率。然而，隨著新的 DED 硬件的出現(xiàn)，我們開始看到該技術可以實現(xiàn)的范圍更廣，并且在某些情況下可以與傳統(tǒng)制造工藝制造的細節(jié)相媲美。

△金屬增材制造技術的比較。照片來自AutoDesk

該工藝的較高沉積速率會導致較差的幾何精度、特征分辨率和表面紋理，因此由 DED 生產的部件通常需要在沉積后進行額外加工以達到最終光潔度。這種對加工的需求以及將該技術集成到現(xiàn)有銑削平臺的相對容易性導致了混合機器（即具有增材和減材能力的機器）的興起。這些機器通常包含超過3軸，因此提供了大量的機會來沉積超出平面層的傳統(tǒng)限制的材料。

多軸打印有什么好處？

許多低成本塑料3D打印機具有3軸配置。事實證明，3axis 打印機價格相對更實惠、可靠且有大量可用的軟件切片選項，因此才會蓬勃發(fā)展。然而，這一成功也限制了3D打印的能力。需要支撐結構來打印懸垂表面，零件只能構建在平面上而不是預先存在的幾何形狀上，向上彎曲的表面會受到階梯效應的影響。隨著新3D打印DED系統(tǒng)的出現(xiàn)以及將沉積頭集成到 CNC 銑床和機械臂上的日益普及，一系列新的可能性正在出現(xiàn)，并且 DED 技術可以使用多軸刀具的路徑已有一段時間了。

△Haas UMC1000 與 Meltio DED 技術集成。照片來自 Meltio

DED它提供的未來機會是什么？

南極熊獲悉Autodesk在過去的十年中，與各行各業(yè)的眾多最終用戶進行了合作。與許多金屬添加劑一樣，最初，大多數(shù)應用屬于航空航天領域，在隨后的幾年中，Autodesk將其擴展到海洋、石油和天然氣、模具/工具、國防和重工業(yè)。盡管這些行業(yè)的應用、合金和零件尺寸各不相同。

如今，DED 可以通過縮短零件開發(fā)周期和生產提前期、縮短上市時間以及減少存儲備件的需求來實現(xiàn)與傳統(tǒng)市場競爭的優(yōu)勢。未來，該技術可用于生產高性能、高附加值的組件，利用該技術可以提供更大的設計和材料自由度。例如，針對結構或熱負荷優(yōu)化組件，或使用定制合金或幾種合金的組合生產零件。

DED 通過提高制造過程中的材料效率來提高可持續(xù)性，即沉積的零件（稱為近凈形狀、預成型或沉積模型）需要顯著減少材料去除來獲得成品零件時與從材料坯料加工零件相比。未來，DED和AM 提供分散的生產模式，也就是說，零件不需要在單個工廠生產并運送到最終使用地點，而是可以在需要時在現(xiàn)場生產，縮短運輸途中所需的時間并減少碳排放。

△行業(yè)顛覆者：Pix Moving 和 Relativity Space。照片來自Pix Moving and Relativity Space

當前的市場挑戰(zhàn)是什么？

補充供應鏈：

長期以來，航空航天一直是3D打印的主要支持者（通?？赡苁?DED）。航空航天供原件供應需要消耗大量高價值合金，因此3D打印可減少加工原件過程中不必要的材料浪費。再加上稀有合金通常很難加工（加工速度慢并且需要大量昂貴的工具），通過減少必須切割的材料量，還可以節(jié)省大量資金。

為了彌補市場空白獲得這些收益，特別是對于結構飛機元件，這里的問題是維修飛機替換這些鍛件所需的時間，可能是幾個月或者更長的時間，對于這種問題，這正是 DED 值得顛覆的地方，通過3D增材制造技術原定打印飛機合金元件，可以作為鍛造組件的替換件。

△行業(yè)顛覆者：Pix Moving 和 Relativity Space。照片來自Pix Moving and Relativity Space

節(jié)約成本和減少庫存壓力：

DED 為磨損零件的再修整提供了新的解決方案，這可能是高價值的航空部件（此處通常使用渦輪葉片和葉盤作為示例）或模具，又或者是用于汽車中的某個應用。DED 提供了減少資金壓力的解決方案，無需大量儲備庫存，僅需替換為可以由任何系統(tǒng)在需要的位置按需生產的備件數(shù)字庫即可。

△WAAMPeller。照片來自 Ramlab

南極熊點評：近些年，我們看到了國內外許多優(yōu)秀的企業(yè)的興起，它們的出現(xiàn)的目的就是顛覆具有悠久歷史的傳統(tǒng)制造業(yè)。通過DED技術優(yōu)勢，這些新的、快節(jié)奏的組織正在提出更多的技術創(chuàng)新并向傳統(tǒng)行業(yè)發(fā)起挑戰(zhàn)。如Pix Moving正在利用 DED 流程的無工具特性來提供專屬私人定制的自動駕駛汽車制造。Relativity Space的目標是通過使用名為“Stargate”的多米 WAAM 系統(tǒng)顯著縮短火箭部件從概念到測試到最終部件的時間，從而顛覆航天工業(yè)。

關鍵詞： DED定向能量沉積金屬3D打印技術潛力有多大