根據此前Wohlers的報告稱，在全球36家主要的金屬3D打印中，采用粉末床選區(qū)熔化技術為18家，采用定向能量沉積技術為8家，合計占比達到 72%。這里可以看出在金屬3D打印工藝中，技術路線上主要分為兩大類：粉末床熔合技術和定向能量沉積技術，今天我們就一起來聊聊它們的同與不同。

粉末床熔合技術（Powder Bed Fusion，PBF）

PBF在金屬3D打印中占比最高，超過了該技術的主要代表性工藝包括選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering, SLS），選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM），電子束選區(qū)熔化（Electron Beam Melting，EBM），直接金屬激光燒結（Direct Metal Laser-Sintering，DMLS），這些技術在工作原理上基本一致，差別主要在于所使用熱源的不同。

其中，SLS技術由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R. Dechard于1989年發(fā)明；SLM由德國弗勞恩霍夫研究所在1995年提出，并獲得原始專利；EBM是1994年由瑞典ARCAM公司所開發(fā)；DMLS由快速產品創(chuàng)新 (RPI) 和EOS從1994年開始聯(lián)合開發(fā)。

直接能量沉積（Direct Energy Deposition，DED)

該技術包括激光、等離子、電子束幾種不同的熱源，材料包括粉末或絲狀兩種主要的形態(tài)。金屬材料在沉積過程中實時送入熔池，這類技術以激光近凈成型(Laser Engineered Net Shaping, LENS)、金屬直接沉積（Direct Metal Deposition，DMD）、電子束自由成形制造（Electron Beam Freeform Fabrication，EBF）、電弧熔絲增材制造（Wire Arc Additive Manufacturing，WAAM）為代表。

在粉末床熔合PBF技術中，激光被作為最主要的熱源被廣泛使用。在本文中，我們將主要比較這兩種工藝：激光粉末床熔合 (L-PBF)和定向能量沉積 (DED)，包括它們的工藝原理，優(yōu)缺點，應用領域和主要廠商。

工作原理

PBF技術的原理是將粉末材料均勻鋪在成形平臺上，然后用激光束或電子束作為熱源，按照軟件規(guī)劃的路徑照射并熔化粉末，熔化的粉末在冷卻過程中固化，逐層進行鋪粉，熔化，固化的過程直到整個零件完成。這里需要指出的是，在激光粉末床熔融成型的過程中，粉末床往往需要置于惰性氣體（如氬氣）中，對于金屬材料來說，這可以防止其在高溫環(huán)境下發(fā)生氧化；而在電子束粉末床熔融成型中，則需要高度真空的環(huán)境，如果存在氣體分子，電子束會與氣體分子發(fā)生碰撞，造成能量的損失和方向的改變。

打印完成后，必須讓其冷卻。然后去除周圍的松散金屬粉末以及打印支撐。最后，金屬零件經過各種后處理后得到最終的成品。

就DED技術而言，我們可以把它當作是擠壓和PBF的混合體。它通過噴粉或送絲的方式使材料進入激光束、電子束等熱源的作用范圍。當熱源離開后，熔融的材料快速冷卻和凝固，與之前的沉積層形成一個整體。這樣的沉積過程逐層反復，最后完成構件的打印。事實上，該技術成形出毛坯，然后通過CNC數(shù)控加工達到需要的精度。

與粉末床熔融成形類似，為了避免金屬在高溫下發(fā)生氧化，可以通過噴嘴送入惰性氣體，營造出局部保護環(huán)境。

優(yōu)點和局限性

金屬粉末床熔合是生產可直接使用的最終零件的最廣泛使用的技術之一，DED不同，它更多地用于修復、涂層或添加定制零件。綜觀這兩種技術，兩者都有優(yōu)點和局限性。PBF的主要優(yōu)勢在于它可以制造出幾何復雜度高的零件。此外，當與拓撲優(yōu)化相結合時，該技術可以用更少的材料制造更輕的金屬部件，這在汽車和航空航天等行業(yè)至關重要。

另一方面，DED技術非常適合加工具有高機械性能的大型金屬零件。DED 3D打印機由放置在多軸機械臂（可以有四個或五個）上的噴嘴組成，可實現(xiàn)高打印自由度和大打印量。就生產時間而言，打印速度高達5kg/h 的材料沉積工藝是最快的工藝之一。根據美國3D打印機制造商Optomec的說法，DED比PBF 快10倍。這是一個優(yōu)點，但在零件精度方面也是一個缺點，因為更高的打印速度需要更大的層厚度（在5到10毫米之間），因此零件的表面精度較低。另一方面，PBF具有非常薄的層（低至0.02毫米），激光逐點作用于零件，精度更高。

就零件尺寸而言，DED有利于生產大型產品，而粉末床融合的尺寸受到了密封室的限制。使用PBF制造的最大零件一般不超過1米，而DED可以制作幾米的大件。此外，這兩種技術都能節(jié)省材料。對于PBF，對于某些未加工的金屬粉末可以重復使用，因為新粉末可以與舊粉末混合。另一方面，DED在其制造過程中使用的材料較少，盡管該過程確實需要機械加工技術來去除零件上的材料。與傳統(tǒng)的施工方法相比，這兩種技術都有助于減少廢料。

從更現(xiàn)實的角度來看，目前PBF技術并不適合大規(guī)模生產，因為與CNC加工相比，它的成本太高。因此，它更適合用于需要特定或定制幾何形狀的小批量生產。最后，與DED相比，PBF打印中使用的材料量對生產成本的影響更大。此外，使用材料沉積技術，無法生產具有復雜幾何形狀的零件，DED往往被用于形狀簡單的零件。最后，這兩種技術通常還需要精加工的后處理步驟，增加了生產成本。

就材料而言，金屬粉末床熔合擁有廣泛的兼容材料，例如不銹鋼、鈷鉻合金、鋁、鈦、鉻鎳鐵合金和銅，也可以使用金、鉑和銀等貴金屬。許多粉末或細絲形式的金屬也可用于DED技術。與PBF技術不同，直接能量沉積通常允許使用所有可焊接材料，例如鈦和鈦合金、鉻鎳鐵合金、鉭、鎢、鈮、不銹鋼和鋁。

應用領域

PBF技術往往被用于航空航天、汽車、醫(yī)藥甚至珠寶等要求苛刻的行業(yè)，是目前最為主要的金屬3D打印技術，應用案例非常多，這里不做重點強調。而對于DED技術，主要應用包括大型零件的修復。以航空航天領域為例，典型的應用案例是修理渦輪螺旋槳、閥門或各種工具。

PBF零件的精度和質量也使其特別適合汽車行業(yè)的最終用途，將3D打印零件集成到汽車中，例如油分離器、底盤或發(fā)動機部件。它還可以與貴金屬一起使用來制作珠寶或配飾。對于醫(yī)療領域，這項技術提供了為每個患者定制植入物的可能性，例如金屬顱骨植入物或牙冠。

與PBF一樣，DED工藝也用于醫(yī)療領域，以生產骨科植入物、手術器械和假肢。一些金屬，例如鈦或不銹鋼，甚至具有生物相容性。最后，材料沉積還用于各類部件的金屬保護涂層。這使得零件更硬，更耐腐蝕、防銹、耐化學品或耐候。

其他行業(yè)也受益于這些技術，例如石油和天然氣行業(yè)的壓力容器等應用，可以用DED生產，以及海事和國防行業(yè)把它用于組件的生產。此外，在復雜零件的情況下，還可以以互補的方式使用這兩種技術，以便在最短的時間內獲得盡可能精細的混合零件。比如，對于內部幾何復雜度較高的零件，可以對內部零件使用PBF，而對外部零件使用DED技術以加快生產速度。

主要廠商

如今，國內外已經有很多制造商都有生產銷售粉末床激光熔化金屬3D打印機。在國內，可以看到西安鉑力特，湖南華曙高科，北京易加三維，廣東漢邦科技等，國外的德國EOS，SLM Solutions，英國雷尼紹Renishaw等。

專注于激光DED機器的國外制造商包括AddUp，該公司于2018年收購了市場領先的DED機器制造商之一BeAM。Optomec也是領先企業(yè)之一，其專利LENS工藝于1998年推向市場。還有通過該工藝3D打印火箭的美國相對論公司Relativity Space，此外FormAlloy、MX3D、DMG Mori、InssTek和Meltio也值得一提。

國內的代表企業(yè)包括江蘇永年激光、中科煜宸激光、武漢天昱智造、西安優(yōu)弧智熔、南京英尼格瑪等。除了都有哪些廠商外，大家或許還會關注設備的價格。事實上，DED和PB​​F 3D打印機價格都相對較高，一般在50萬以上，甚至一些3D打印機可能高達近千萬元。

總結

根據SmarTech報告稱，到2031年全球金屬3D打印零件市場將達到750億美元，這是一個非常具有潛力的市場。至于到底是選擇激光粉末床融合還是定向能量沉積，還是需要根據實際的需求來做判斷?？偟膩碚f，各有利弊，但都是3D打印中的核心技術，誰能真正掌握，未來就將擁有更多話語權。

根據此前Wohlers的報告稱，在全球36家主要的金屬3D打印中，采用粉末床選區(qū)熔化技術為18家，采用定向能量沉積技術為8家，合計占比達到 72%。這里可以看出在金屬3D打印工藝中，技術路線上主要分為兩大類：粉末床熔合技術和定向能量沉積技術，今天我們就一起來聊聊它們的同與不同。

粉末床熔合技術（Powder Bed Fusion，PBF）

PBF在金屬3D打印中占比最高，超過了該技術的主要代表性工藝包括選擇性激光燒結（Selective Laser Sintering, SLS），選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM），電子束選區(qū)熔化（Electron Beam Melting，EBM），直接金屬激光燒結（Direct Metal Laser-Sintering，DMLS），這些技術在工作原理上基本一致，差別主要在于所使用熱源的不同。

其中，SLS技術由美國德克薩斯大學奧斯汀分校的C.R. Dechard于1989年發(fā)明；SLM由德國弗勞恩霍夫研究所在1995年提出，并獲得原始專利；EBM是1994年由瑞典ARCAM公司所開發(fā)；DMLS由快速產品創(chuàng)新 (RPI) 和EOS從1994年開始聯(lián)合開發(fā)。

直接能量沉積（Direct Energy Deposition，DED)

該技術包括激光、等離子、電子束幾種不同的熱源，材料包括粉末或絲狀兩種主要的形態(tài)。金屬材料在沉積過程中實時送入熔池，這類技術以激光近凈成型(Laser Engineered Net Shaping, LENS)、金屬直接沉積（Direct Metal Deposition，DMD）、電子束自由成形制造（Electron Beam Freeform Fabrication，EBF）、電弧熔絲增材制造（Wire Arc Additive Manufacturing，WAAM）為代表。

在粉末床熔合PBF技術中，激光被作為最主要的熱源被廣泛使用。在本文中，我們將主要比較這兩種工藝：激光粉末床熔合 (L-PBF)和定向能量沉積 (DED)，包括它們的工藝原理，優(yōu)缺點，應用領域和主要廠商。

工作原理

PBF技術的原理是將粉末材料均勻鋪在成形平臺上，然后用激光束或電子束作為熱源，按照軟件規(guī)劃的路徑照射并熔化粉末，熔化的粉末在冷卻過程中固化，逐層進行鋪粉，熔化，固化的過程直到整個零件完成。這里需要指出的是，在激光粉末床熔融成型的過程中，粉末床往往需要置于惰性氣體（如氬氣）中，對于金屬材料來說，這可以防止其在高溫環(huán)境下發(fā)生氧化；而在電子束粉末床熔融成型中，則需要高度真空的環(huán)境，如果存在氣體分子，電子束會與氣體分子發(fā)生碰撞，造成能量的損失和方向的改變。

打印完成后，必須讓其冷卻。然后去除周圍的松散金屬粉末以及打印支撐。最后，金屬零件經過各種后處理后得到最終的成品。

就DED技術而言，我們可以把它當作是擠壓和PBF的混合體。它通過噴粉或送絲的方式使材料進入激光束、電子束等熱源的作用范圍。當熱源離開后，熔融的材料快速冷卻和凝固，與之前的沉積層形成一個整體。這樣的沉積過程逐層反復，最后完成構件的打印。事實上，該技術成形出毛坯，然后通過CNC數(shù)控加工達到需要的精度。

與粉末床熔融成形類似，為了避免金屬在高溫下發(fā)生氧化，可以通過噴嘴送入惰性氣體，營造出局部保護環(huán)境。

優(yōu)點和局限性

金屬粉末床熔合是生產可直接使用的最終零件的最廣泛使用的技術之一，DED不同，它更多地用于修復、涂層或添加定制零件。綜觀這兩種技術，兩者都有優(yōu)點和局限性。PBF的主要優(yōu)勢在于它可以制造出幾何復雜度高的零件。此外，當與拓撲優(yōu)化相結合時，該技術可以用更少的材料制造更輕的金屬部件，這在汽車和航空航天等行業(yè)至關重要。

另一方面，DED技術非常適合加工具有高機械性能的大型金屬零件。DED 3D打印機由放置在多軸機械臂（可以有四個或五個）上的噴嘴組成，可實現(xiàn)高打印自由度和大打印量。就生產時間而言，打印速度高達5kg/h 的材料沉積工藝是最快的工藝之一。根據美國3D打印機制造商Optomec的說法，DED比PBF 快10倍。這是一個優(yōu)點，但在零件精度方面也是一個缺點，因為更高的打印速度需要更大的層厚度（在5到10毫米之間），因此零件的表面精度較低。另一方面，PBF具有非常薄的層（低至0.02毫米），激光逐點作用于零件，精度更高。

就零件尺寸而言，DED有利于生產大型產品，而粉末床融合的尺寸受到了密封室的限制。使用PBF制造的最大零件一般不超過1米，而DED可以制作幾米的大件。此外，這兩種技術都能節(jié)省材料。對于PBF，對于某些未加工的金屬粉末可以重復使用，因為新粉末可以與舊粉末混合。另一方面，DED在其制造過程中使用的材料較少，盡管該過程確實需要機械加工技術來去除零件上的材料。與傳統(tǒng)的施工方法相比，這兩種技術都有助于減少廢料。

從更現(xiàn)實的角度來看，目前PBF技術并不適合大規(guī)模生產，因為與CNC加工相比，它的成本太高。因此，它更適合用于需要特定或定制幾何形狀的小批量生產。最后，與DED相比，PBF打印中使用的材料量對生產成本的影響更大。此外，使用材料沉積技術，無法生產具有復雜幾何形狀的零件，DED往往被用于形狀簡單的零件。最后，這兩種技術通常還需要精加工的后處理步驟，增加了生產成本。

就材料而言，金屬粉末床熔合擁有廣泛的兼容材料，例如不銹鋼、鈷鉻合金、鋁、鈦、鉻鎳鐵合金和銅，也可以使用金、鉑和銀等貴金屬。許多粉末或細絲形式的金屬也可用于DED技術。與PBF技術不同，直接能量沉積通常允許使用所有可焊接材料，例如鈦和鈦合金、鉻鎳鐵合金、鉭、鎢、鈮、不銹鋼和鋁。

應用領域

PBF技術往往被用于航空航天、汽車、醫(yī)藥甚至珠寶等要求苛刻的行業(yè)，是目前最為主要的金屬3D打印技術，應用案例非常多，這里不做重點強調。而對于DED技術，主要應用包括大型零件的修復。以航空航天領域為例，典型的應用案例是修理渦輪螺旋槳、閥門或各種工具。

PBF零件的精度和質量也使其特別適合汽車行業(yè)的最終用途，將3D打印零件集成到汽車中，例如油分離器、底盤或發(fā)動機部件。它還可以與貴金屬一起使用來制作珠寶或配飾。對于醫(yī)療領域，這項技術提供了為每個患者定制植入物的可能性，例如金屬顱骨植入物或牙冠。

與PBF一樣，DED工藝也用于醫(yī)療領域，以生產骨科植入物、手術器械和假肢。一些金屬，例如鈦或不銹鋼，甚至具有生物相容性。最后，材料沉積還用于各類部件的金屬保護涂層。這使得零件更硬，更耐腐蝕、防銹、耐化學品或耐候。

其他行業(yè)也受益于這些技術，例如石油和天然氣行業(yè)的壓力容器等應用，可以用DED生產，以及海事和國防行業(yè)把它用于組件的生產。此外，在復雜零件的情況下，還可以以互補的方式使用這兩種技術，以便在最短的時間內獲得盡可能精細的混合零件。比如，對于內部幾何復雜度較高的零件，可以對內部零件使用PBF，而對外部零件使用DED技術以加快生產速度。

主要廠商

如今，國內外已經有很多制造商都有生產銷售粉末床激光熔化金屬3D打印機。在國內，可以看到西安鉑力特，湖南華曙高科，北京易加三維，廣東漢邦科技等，國外的德國EOS，SLM Solutions，英國雷尼紹Renishaw等。

專注于激光DED機器的國外制造商包括AddUp，該公司于2018年收購了市場領先的DED機器制造商之一BeAM。Optomec也是領先企業(yè)之一，其專利LENS工藝于1998年推向市場。還有通過該工藝3D打印火箭的美國相對論公司Relativity Space，此外FormAlloy、MX3D、DMG Mori、InssTek和Meltio也值得一提。

國內的代表企業(yè)包括江蘇永年激光、中科煜宸激光、武漢天昱智造、西安優(yōu)弧智熔、南京英尼格瑪等。除了都有哪些廠商外，大家或許還會關注設備的價格。事實上，DED和PB​​F 3D打印機價格都相對較高，一般在50萬以上，甚至一些3D打印機可能高達近千萬元。

總結

根據SmarTech報告稱，到2031年全球金屬3D打印零件市場將達到750億美元，這是一個非常具有潛力的市場。至于到底是選擇激光粉末床融合還是定向能量沉積，還是需要根據實際的需求來做判斷?？偟膩碚f，各有利弊，但都是3D打印中的核心技術，誰能真正掌握，未來就將擁有更多話語權。