在 3D 打印的早期，行业缺乏选择。今天，我们遇到了相反的问题：太多的选择让一些制造商对添加剂持观望态度。
这款 Markforged Mark Two 3D 打印机使用连续碳纤维让零件变得一样坚固作为铝。 （所有图片均由 Phillips 提供）我明白了。投资添加剂时风险可能很高。很多时候，我看到制造商在他们不需要的机器上花费了比必要更多的钱，或者购买了永远无法完成工作的入门级机器。
这不仅仅是钱的问题。与传统制造业一样，3D 打印机具有各种形状和尺寸。正如您永远不会将车床用于歧管或将铣床用于轴一样，为项目找到合适的添加剂机器至关重要。
好处新闻是，在 3D 打印发明几十年后，我们不仅有大量的选择，而且我们可以权威地说出什么行得通，什么行不通。
那么，您如何找到最好的适合你的 3D 打印机？为了帮助您找到“规模合适”的解决方案，我想分享一些基于我在这个快速发展的领域工作多年的“信息”。使用哪种材料类别（塑料还是金属）会影响如何进行解释。
我将讨论塑料中的 3D 打印，然后是金属中的 3D 打印。
熔融沉积建模(FDM) 和塑料
负担得起吗？是的。使用方便？毫无疑问。适用于所有工业用途？绝对不是。
只要几百美元，几乎任何人都可以买到一台 FDM 3D 打印机，有时也称为 FFF（熔丝制造）。这些打印机将细丝（想想杂草修剪器中的塑料线）送入加热的喷嘴中以将其熔化。然后将熔化的塑料逐层沉积层，使用 X-Y 驱动系统到构建板上。
这项技术非常适合玩具、小饰品和近净形状（也称为非功能性原型零件）。如果您想模拟塑料零件以查看它是否适合装配，这就是您的打印机。但如果您需要一个坚固、可用的部件，这不是它。它不仅在 Z 轴上缺乏强度，而且还会在构建层线上分层。与其他 3D 打印技术相比，FDM 还具有非常低的分辨率，因此它不适用于细节非常小的零件。
Continuous Fiber Reinforcement (CFR) with Plastics
但都是没有丢失。为了实现 FDM 技术的工业化，机器制造商向长丝中添加了短切碳纤维。虽然短切纤维增强了塑料，但对于许多应用来说仍然不够。
Hybrid是3D打印的重大突破，在一台机器上结合加法和减法。这款 Phillips Hybrid 混合了 Haas CNC 和 Meltio 增材技术。可以购买新的混合动力车，或者可以在现有的 CNC 上安装增材技术。进入连续纤维增强 (CFR) 技术。这些打印机使用多层连续碳纤维（相对于短切碳纤维），以使塑料零件与机加工铝一样坚固。
对于维修店，这是您的多用途工具。您可以快速制造坚固的零件，而无需夹具或工具。加工车间可以制作工件夹具、焊接夹具和定制钣金工具。生产车间可以制造钻孔导向器和机器人夹具。
立体光刻 (SLA)
立体光刻 (SLA) 是原型车间的完美技术，它们需要打印透明原型以了解如何材料流过它们，例如泵或血管结构。电源或光源用于固化大桶 p 的顶层弹性树脂。构建板逐层向下移动穿过液态树脂，直到形成形状。
有几个缺点。它不仅需要构建后固化过程，还需要支撑结构来将部件固定在液体中。这两个事实都增加了后处理的时间和成本。该材料对光敏感，如果没有涂层就无法很好地支撑，而且它的强度几乎不如用 CFR 或其他技术制造的零件。
塑料选择性激光烧结 (SLS)
虽然它不能生产透明部件，但选择性激光烧结 (SLS) 是 SLA 的近亲。零件由热塑性粉末制成，而不是使用一大桶液体。有了这项技术，粉末就可以提供支撑，因此无需建造额外的支撑结构。可以通过将多个零件嵌套到构建中来实现批量生产。作为一个额外的好处，您的孩子（或您心中的孩子）会喜欢这个过程，因为它需要uires 从粉末中“挖掘”出形状，就像考古学家挖掘文物一样。零件除粉后，就可以使用了。常见用途包括具有内部通道和更换部件（例如扶手、支架和流体连接器）的功能性管道系统。计算机生成的晶格结构允许打印机创建“数字泡沫”，可用于定制头盔和鞋子。
现在，让我们深入研究金属。增材制造中发展最快的领域之一涉及金属。虽然金属 3D 打印出现的时间稍晚，但该技术正在蓬勃发展。
Metal Binder Jet (MBJ)
想象一下，您可以使用细丝（仅就像上面描述的 CFR 过程一样）。只需几个额外的步骤，您就可以使用金属粘合剂喷射 (MBJ) 打印机。
这款 EOS 3D 打印机是粉末床融合技术的一个例子，它是金属 3D 打印的黄金标准。它可以打印高度复杂和坚固的金属形状，使其成为飞行关键部件的完美选择。借助这种低成本、易于使用的技术，打印机可以使用金属丝悬浮在其中。打印完成后，必须将极其脆弱的部件放入清洗站以去除粘合材料，然后在烧结炉中烘烤以形成具有粘性的金属部件。
选择此部件时需要考虑一些因素技术。首先，FDM 的相同零件几何限制（如上所述）适用于此过程。其次，零件完成后，它会是金属，但可能不会完全致密。换句话说，它非常适合不需要那么坚固的部件，例如支架和固定装置，但不适用于飞行关键部件。
可以说，最大的挑战不在于工艺，而是与软件。烧结过程会导致部分略有收缩。零件收缩的方式取决于其几何形状。对称零件将对称收缩，但不对称零件的每个特征将以独特的方式收缩。这是真正的创新开始的地方。如果软件足够智能，它可以从构建中学习并改进下一个。
波士顿的一家 3D 打印机制造商 Markforged 正在这样做。该公司正在从每次构建中收集数据并使用人工智能 (AI) 来提高机器在第一时间正确打印零件的能力，这是他们愿意做的一个过程，因为他们努力制造使用减材制造永远无法生产的零件.
金属粉末床熔合 (PBF)
粉末床熔合 (PBF) 是金属打印的黄金标准。它是从燃料喷嘴到火箭燃烧室的任何飞行关键部件的首选技术。该过程的工作原理与选择性激光烧结 (SLS) 非常相似，但支持如此补充，因为烧结金属所需的热量会使零件变形。您得到的是一个完全致密的部件，对部件的几何形状几乎没有限制，并且可以扩展到生产。
虽然这个过程听起来很简单，但它用来制造优质部件的技术是尖端的，需要更高程度的操作技能。任何干扰激光烧结光束的微粒或烟雾都可能影响零件的完整性。如果您正在制作支架或电池托盘，这可能没有任何意义，但如果您正在制作飞行关键部件，它就是一切。
金属 PBF 打印机有多种尺寸，但都仍然是比较小。一些制造商制造了可以打印 600 × 600 毫米的机器，但 PBF 的真正挑战在于更高的 Z 轴构建。大多数建造者发现，在 Z 轴上建造超过 400 毫米的建筑过于复杂。大约五年前，一家名为 EOS 的机器制造商想出了如何制造一台可以组装零件的机器到 Z 轴上的 1 m。这一技术突破为小型火箭燃烧室开辟了市场。
要进入这项技术，您将不得不打破存钱罐。 PBF 打印机通常是最昂贵的，价格从大约 500,000 美元到数百万美元不等。但如果您想从事航空航天业，或者对生产最复杂的零件（例如歧管、喷嘴和燃烧室）感兴趣，那么这就是正确的技术。它被称为黄金标准是有原因的，它具有重塑制造业的能力。
金属直接能量沉积 (DED)
直接能量沉积已席卷市场最近几年。这种“混合”技术结合了减材技术和增材技术，创造出一种经济实惠、高度灵活的 3D 打印机。该技术结合了传统的焊接工艺（使用粉末或金属丝）并将其应用于运动系统。而不是将两块金属连接在一起使用焊接，该工艺在三个维度上焊接到前一层焊缝，从而使您能够构建形状。
Onyx 是一种微碳纤维填充尼龙，是改变 3D 打印的几种材料之一。 Onyx 由 Markforged 制造，可生产具有近乎完美表面光洁度的精确零件。作为独立单元，它有利于构建相对对称的形状以接近净公差（例如，圆柱体、涡轮机、射弹）。如果使用定位台或机械臂在多个维度上移动零件和焊头，则可以构建非常复杂的形状。有了这种设计自由度，您可以构建汽车框架、复杂的支架或火箭燃烧室。
DED 有多种形式。如果您想快速添加大量材料，您可以使用传统电源，例如电弧焊机，或者使用激光焊机以获得更高的精度。马材料可以是粉末或金属丝，具体取决于所需的结果。 （粉末通常速度更快，但与线材相比，由于其材料易挥发且对环境因素敏感，因此难以储存和运输）。
大多数使用 DED 制造的零件都需要机加工。就像花生酱和巧克力一样，DED 和机械加工可以很好地结合在一起，并为增材制造开辟了一个新领域：零件修复。所描述的所有其他过程都集中在新零件的生产上，但这种混合过程可用于现有零件以修复组件。想想螺丝刀。工具唯一会损坏的部分是尖端。一旦发生这种情况，我们就把它扔掉。如果我们可以加工掉损坏区域，通过 DED 添加新材料，然后重新加工到原始尺寸，会怎样？我并不是说你应该开始修理螺丝刀的生意，因为它们很便宜。但是，如果您的工具很贵怎么办？如果是定制模具怎么办？在这种情况下，修复r 可能比更换更实惠，而且速度也更快。
市场上有很多混合机床，您的选择可能取决于您商店中目前拥有的 CNC 机床. CNC 车间的品牌忠诚度很高，许多家庭车库也是如此。 （我的商店全是 Milwaukee，我的邻居配备了 Dewalt。）随着传统 CNC 制造商开始采用添加剂，客户将需要来自他们了解的品牌和他们信任的供应商的添加剂。
如果我有我的选择，我会在我的车库里拥有每一种类型的 3D 打印机。但和你一样，我生活在现实世界中，需要做出艰难的选择。
好消息是现在的选择比以往任何时候都多。这一切都是为了找到满足您的制造需求的产品。
