金屬區(qū)域曝光增材制造——快速、精確的3D打印技術(shù)

來源： 增材工業(yè)

區(qū)域曝光增材制造（AEAM）是一種前沿的3D打印技術(shù)，通過大面積曝光而非傳統(tǒng)的逐點(diǎn)或逐層掃描來實(shí)現(xiàn)物體的快速制造。本文深入探討了AEAM技術(shù)如何推動(dòng)金屬3D打印領(lǐng)域向更高速度、更高精度的方向發(fā)展。作為一種創(chuàng)新的制造手段，AEAM正在重新定義傳統(tǒng)金屬增材制造的架構(gòu)，為工業(yè)應(yīng)用帶來顯著的效率和精度提升。

金屬區(qū)域曝光增材制造的技術(shù)原理
區(qū)域曝光增材制造的核心在于其獨(dú)特的大面積曝光技術(shù)。與傳統(tǒng)逐點(diǎn)或逐層掃描的3D打印方式不同，AEAM通過一次性曝光整個(gè)區(qū)域，大幅縮短了制造時(shí)間。該技術(shù)利用高能光源（如激光或電子束）對(duì)金屬粉末進(jìn)行大面積固化，結(jié)合光敏粘合劑或直接燒結(jié)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)金屬零件的快速成型。

來源：[1]

在AEAM中，光不再是沿線掃描的一束激光，而是通過數(shù)字微鏡設(shè)備（DMD）或液晶顯示器（LCD）一次性將圖案投射到整個(gè)構(gòu)建區(qū)域。這意味著每個(gè)需要熔合的金屬顆粒都會(huì)同時(shí)接收到正確形狀的光，從而顯著提高了制造速度，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的激光燒結(jié)技術(shù)。

來源：[2]

AEAM技術(shù)依賴于高能設(shè)備，如光學(xué)尋址光閥（OALV）和數(shù)字微鏡（DMD），這些設(shè)備能夠處理熔化金屬粉末所需的高熱量和功率。與通常使用低功率紫外線的聚合物基增材制造不同，金屬增材制造需要強(qiáng)紅外或近紅外光源來熔化金屬粉末。

航空航天、汽車與醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用
與傳統(tǒng)金屬增材制造技術(shù)相比，AEAM不僅提高了打印速度，還通過優(yōu)化曝光參數(shù)實(shí)現(xiàn)了更高的精度和表面質(zhì)量。這種技術(shù)特別適合制造復(fù)雜幾何形狀的金屬零件，同時(shí)減少了材料浪費(fèi)。

打印樣品的表面粗糙度 來源：[2]

目前，AEAM技術(shù)在多個(gè)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，在航空航天領(lǐng)域，其快速制造能力和高精度特性使其成為生產(chǎn)輕量化、高強(qiáng)度零部件的理想選擇。例如，復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)部件和結(jié)構(gòu)件可以通過AEAM技術(shù)快速成型，同時(shí)滿足嚴(yán)格的性能要求。

在醫(yī)療領(lǐng)域，AEAM在定制化植入物和手術(shù)器械的制造中已有應(yīng)用。通過高精度打印，醫(yī)生可以為患者量身定制金屬植入物，顯著提高手術(shù)成功率并縮短康復(fù)時(shí)間。此外，AEAM在汽車制造、能源設(shè)備和消費(fèi)品領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，其高效的生產(chǎn)能力使得小批量定制化生產(chǎn)變得更加經(jīng)濟(jì)可行。

盡管AEAM技術(shù)前景廣闊，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先，設(shè)備成本較高，限制了其在中小型企業(yè)中的普及。其次，金屬粉末和光敏粘合劑的選擇對(duì)打印質(zhì)量有重要影響，需要進(jìn)一步的材料研發(fā)支持。

未來，AEAM技術(shù)的發(fā)展方向包括：

• 設(shè)備優(yōu)化：降低設(shè)備成本并提高可靠性。
• 材料創(chuàng)新：開發(fā)更多適用于AEAM的金屬粉末和粘合劑。
• 工藝標(biāo)準(zhǔn)化：建立統(tǒng)一的工藝標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)技術(shù)普及。
• 應(yīng)用擴(kuò)展：探索更多工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景。
  

AEAM代表了金屬3D打印技術(shù)的未來發(fā)展方向。其快速、精確和高效的特點(diǎn)使其在航空航天、醫(yī)療、汽車等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。盡管面臨一些挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深入，AEAM有望成為金屬增材制造領(lǐng)域的主流技術(shù)，為制造業(yè)帶來革命性的變革。

參考論文：
[1] https://doi.org/10.1016/j.amf.2024.200171
[2] https : //doi.org/10.3390/app11083647