工业级3D打印机

 

新设备采用新材料，支持自动化操作，削减成本，处理速度快，加快了增材制造技术的广泛应用。

不久前，3D打印（3DP）、增材制造（AM）几乎只用于原型设计，它们被认为有潜力改变未来。但是，技术发展速度之快，使之不再只是发展的方向或蓝图，也不是行业发展中所谓的下一场革命。新设备采用新材料，支持自动化操作，削减成本，处理速度快，这一切都加快了增材制造技术在航空航天、汽车、医疗保险、牙科、珠宝等行业的广泛应用。

安永会计事务所2019年的一份报告显示，一半受访企业预计他们将在2022年使用增材制造技术制造产品。事实上，早在2022年前，不少企业就已实现。举个身边真实的例子：全球供应链受到新冠疫情严重影响，许多医院不得不寻求当地3D打印供应商，来满足个人防护装备的需求。

如果未来属于3D打印，那可以说，未来早已悄然而至。

虽然我们已经取得了长足的发展，但是行业尚未完全成熟。许多企业从事的仍是增材制造工作。从业者始终不断创新，把专利技术方法带向充满活力、不断发展的市场上。因此，我们看到市场上有丰富多彩的技术和材料，但与此同时，市场分散也意味着让人没有方向。

 

若您正在考虑投资增材制造解决方案，希望本文能为您提供更多信息视角。首先，本文将简要介绍选购产品时需要注意的几个方面，随后，我们介绍工业级3D打印市场上的几项主流技术。在每类技术下，我们将介绍至少一款打印机，并讨论其特点，包括能力、精度、材料特性等几方面。

最常用的工业级金属3D打印设备基于选择性激光熔融（SLM）技术。还有些设备采用烧结技术，这是一种与熔化类似的过程，但是材料被加压并加热到足以凝固但又不至于液化的温度。采用这些技术的打印设备，其基本工作原理如下：

软件将3D模型切分成平面，3D打印机根据切分平面打印最终成品。打印时，3D打印热床上会被喷上一层特殊粉料，随后，激光束根据所用技术熔化或烧结3D部件的每层平面。

一层平面完成后，热床降低，涂铺系统会在底板喷上一层新的粉料。然后，不断重复激光束的熔化或烧结，新的一层平面将立即粘附在最上方一层。

 

大多数金属打印机使用激光或电子束将粉料层烧结或熔化成完整的3D物体。

电子束粉料床融合（EBM）打印机的工作原理类似，但采用的不是激光束，而是电子束来熔化（而非烧结）粉料。这个过程会更快，但会牺牲一些精度。

 

打印过程仍然需要熔化或烧结每一层，降低粉料床，并重复这个过程，直到形成完整物体。

选择性激光熔融（SLM）打印机

EOS M400

 

EOS的DMLS打印机打印速度可达7.0米/秒，可用材料包括适合高温场景的镍合金。

德国制造商EOS有一款高端直接金属激光烧结成型（DMLS）打印机，共有两个版本。您可购买采用1000瓦激光器的EOS M400，也可选择EOS M400-4，该系统使用400瓦激光器，以强化粉料的融合，改善最终物体表面的光洁度。

两种版本的构建体积都可达400 × 400 × 400毫米，足以应对大部分工业场景。两者的扫描速度高达7米/秒。M400的焦点直径约为90微米，而M400-4的焦点直径略高，约为100微米。

EOS设备支持多种材料，其中包括适合高温场景的镍合金，用于医疗等领域成像设备的纯钨合金，用于热交换器的铜、贵金属和其他用于多种行业的高性能合金。

EOS还提供了一套软件应用，可用来创建或调整CAD数据参数，监控生产，提供控制面板监控整个打印区，并发送有关打印任务、打印机状态的通知。

EOSPrint 2就是其中一款软件，可为您优化打印相关指标，例如构建速度、表面质量、参数等，确保打印任务顺利完成。

EOS还有其他专门用途的解决方案，如用于质控的EOState Monitoring，支持物联网连接的EOSConnect Core，还有可监控整个EOS打印机网络的Connect MachinePark。

DMP Factory 500

 

3D Systems的直接金属打印机共有5个同时运作的模块，以缩短等待时间，提高打印效率。

3D Systems直接金属打印机（DMP）Factory 500被誉为AM世界的变革者，谈到金属3D打印机时，绝对不能错过这一款。打印机采用模块化设计，使用者可选择符合要求的设置。

模块化设计也意味着，不同模块可以同时运行，而使用非模块化设备时，必须先等当前的打印任务完成后，才能开始下一个打印任务。所以，打印、除粉、回收材料、准备新打印可以同时进行，大幅缩短等待时间，降低成本，提高效率。

这套打印设备共有5个功能特定的模块：

打印模块（PTM）；粉料管理模块（PMM）清除工件粉料，自动回收未用粉料；可拆式打印模块（RPM）将成形平台和粉料与大气隔离，可以在打印机与粉料管理模块之间移动；运输模块（TRM），可在打印机和粉料管理模块之间运输可拆式打印模块；缓存模块，可以在打印任务的流程之间暂时存放可拆式打印模块。

Factory 500构建体积高达500 × 500 × 500毫米，比EOS M400大了很多，配置三支500瓦激光器。

就软件而言，3D Systems推出了3Dxpert，提供了从设计到后期处理整个3D打印流程所需的工具。软件包含了与价位相符的所有功能。您可通过软件设置打印板，生成支持结构，调整打印参数，使用构建模拟功能观察热应力参数等，以便在实际打印前进行必要的调整。

LASERTEC 6600 DED混合系统

 

DMG Mori设备可以在同一台设备上完成增减材制造。

DMG Mori提供一系列混合设备，同时支持增减材制造。这些设备可以在同一台设备上，同时进行焊接和铣削，既能制造又能修复金属部件。

LASERTEC 6600 DED混合系统是该品牌的明星产品之一。该产品设计源于最初铣削-车削中心NT6600 DCG。DMG Mori在这基础上安装了增材制造（AM）单元，可使用定向能沉积，这种工艺通过激光熔化金属粉料层。

LASERTEC 6600 DED混合系统构建体积为1040 × 610 × 3890毫米，非常适合原型设计、小批量生产单模零件、制造形状复杂的零件。

P-50

Desktop Metal还有P-50打印机，据Desktop Metal估计，和部分激光粉料床熔融技术相比，这款设备可以让金属3D打印流程提速100倍，将单个零件的成本降低至传统生产技术相当的水准。

P-50采用单程喷射技术，构建体积为490 × 380 × 260毫米，支持双向打印，1200 dpi打印分辨率。

选择性激光烧结（SLS）打印机

EOS P810

 

P810可制作阻燃抗紫外线零件。这款打印机主要服务于航空航天领域。

P810是一款由EOS和波音联手设计的双激光SLS打印机。这台打印机只能使用一种名为HT-23的材料，因此成为了航空航天领域高性能部件生产的定向解决方案。当然，其他领域的应用场景亦可使用这款打印机。

HT-23是一种含有23%碳纤维的材料，具有阻燃和抗紫外线的特性，符合航空标准FAR 25.853和消防标准EN 45545。换句话说，P810可以打印出轻质、高强度、耐高温的物体。这些可替代碳纤维层压部件，也能替换铝制部件。

P810构建体积为700 × 380 × 380毫米，采用两支70瓦激光器，材料刷新率为40%，构建速度为2.7升/时，包装密度为5%。这些因素都有助于减少生产时间和单个零件的生产成本。

HT1001P

 

华曙的HT1001P采用模块化设计，包括装载、构建、冷却、分离站，支持连续生产，减少停机时间。

HT1001P是由华曙高科研发的聚合物激光烧结系统。华曙称之为连续增材制造（CAMS）解决方案。该系统采用模块化设计，包括装载、构建、冷却、分离站。HT1001P的设计是为了支持连续的生产周期，确保每次构建的时间间隔最短，同时这还是一款易于自动化的解决方案，可轻松集成其他现成的生产配置。

HT1001P构建体积为1,000 × 500 × 450毫米， 100瓦双系统激光器，扫描速度高达15.2米/秒，闭环粉料处理系统能将未使用的粉料自动退回至供应处。

该系统由公司专利软件BuildStar和MakeStar支持，提供开放机器关键参数、实时构建参数修改、三维可视化、诊断等诸多功能。

光固化（SLA）打印机

ProX 950

 

ProX950是一台大尺寸SLA打印机，适合一次性生产大型物体，且表面处理得当。

SLA打印机以高品质表面处理著称，精度高，能处理各种塑料材料。大尺寸构建能力是这款产品的另一项优点。3D Systems公司一直是3D打印技术的先驱，他们必然有一款符合这些标准的优秀设备。

ProX 950是一款大尺寸SLA打印机，构建体积高达1,500 × 750 × 550毫米，非常出色。也就是说，这台打印机可以一次性打印汽车仪表盘。此外，该设备支持不同类型的树脂，可产生不同机械特性。

就软件而言，3D Sprint的专利软件包可支持从CAD数据到最终3D打印的完整流程，包括准备CAD和多边形数据，管理3D打印流程，不仅包括SLA打印机，还包括3D Systems旗下采用其他技术的打印机（CJP、DLP、MJP和SLS）。

数字光处理打印机

Figure 4打印机

 

Figure 4 Production本质上是小型DLP独立阵列式打印机，专门用来大批量打印小型部件。

3D Systems的Figure 4 Production是一款旨在让产量最大化的工业级DLP打印机。DLP技术与SLA类似，区别在于DLP通过投影仪来固化整个树脂层，而非单一光束。

根据Figure 4 Production网页信息，这款打印机能使用各类工业、牙科或定制材料，每年产量可达100多万件。其构建体积为124.8 × 70.2 × 346毫米，基本上可视作一个小型的DLP独立阵列式打印机。

如果您想扩大小型部件的产量，那么Figure 4 Production就是一个很好的选择。它和ProX950这类大尺寸3D打印机不同。正如制造商所说，该设备擅长快速迭代、大规模定制、桥梁预制、小批量生产。

与ProX 950类似，Figure 4 Production采用公司专利3D Sprint软件进行文件准备和制造，同时也能利用3D Connect完成云端集成。

连续液体界面制造技术（CLIP）

另一项值得关注的树脂技术是连续液体界面制造技术（CLIP）。Carbon公司专利数字光合成技术正是基于这一技术研发的。该工艺采用数字光投影和透氧光学器件，快速制造具有机械特性的耐用部件，分辨率高，表面处理具有树脂打印的典型特征。

Carbon的L1是一款大尺寸3D打印机，构建体积为400 × 250 × 460毫米。Carbon公司提供具有不同特性的各类材料，包括高弹性、生物相容性、耐热性、高强度等。丰富的材料加上大体积打印能力，使其成为阿迪达斯这类国际知名品牌青睐的选择。

MultiJet（MJP）打印机

ProJet MJP 2500系列

 

ProJet MJP 2500系列打印机（MJP 2500W、2500和2500 Plus）使用不同材料打印蜡质模型、工程设计、硬质塑料。

在三维扫描仪方面，我们再次看到了3D Systems在增材治疗领域的领先水平。MultiJet是一种喷墨打印技术，通过打印头将树脂或铸蜡等打印材料喷射至构建平台。安装在打印头上的紫外线灯来回移动，对材料进行选择性固化，并完成每一层的固化。

ProJet MJP 2500系列（MJP 2500W、2500和2500 Plus）能使用不同材料打印蜡质模型、工程设计、硬质塑料。打印机的构建体积为294 × 211 × 144毫米，因此非常适合珠宝和牙科应用。

与3D Systems一些产品类似，这些打印机同样使用公司专利软件3D Sprint进行文件准备和制造，并通过3D Connect完成云端集成。

彩色打印机

J55 Prime

 

J55 Prime可以生成包括潘通色号在内的超过64万种不同组合。

在最后一类3D打印机——彩色打印机市场中，Stratasys占据了重要的一席之地。这些打印机通常无法为工程应用制作出强度达标的零件，所以它们一般更常用于教育、玩具、彩色原型设计中。同样，由于这些设备能使用全彩、刚性或透明材料、弹性柔性材料、数字ABS等完成构建，因此在功能型原型设计方面，这款打印机有很好的发展前景。

J55 Prime构建体积为140 × 200 × 187毫米，共有5个材料传输通道，一个固定打印头，一个旋转构建平台。据Stratasys称，该设备可以生成包括潘通色号在内的超过64万种不同组合，且工艺安静，没有异味。

软件方面，Stratasys推出了GrabCAD Print软件。这款软件同样包含了从CAD设计、渲染到3D打印全过程的相关功能。GrabCAD Print支持常见文件格式，如3MF、OBJ、STP等等。可导出的文件格式包括STEP (.stp)、IGES (.igs)、STL (.stl)、ACIS (.sat)、JT (.jt)和VRML (.wrl)。

ProJet CJP X60系列

 

ProJet 860Pro是一款全CMYK 3D打印机，带有多个打印头，可打印各种颜色和渐变色。

3D Systems的X60系列包含了一系列彩色3D打印机，能以一系列丰富的色彩完成高质量构建。这些打印机适合不同行业不同规模的组织。教育机构、建筑公司、消费品生产商、媒体娱乐公司都能使用这些设备来制作教育模型，进行原型设计说明设计意图，或向客户展示零件成品外观。

ProJet 860Pro是一款全CMYK 3D打印机，构建体积为508 × 381 × 229毫米，配备多个打印头，可打印各种颜色和渐变色，还能水平或垂直嵌套零件。