有时候，制造业的发展速度比客户更快。十年前似乎不可想象的金属粉末制造方法，现在突然成为主流的一部分——或者你是这么听说的。
当你认为你完全理解粉末冶金的好处，随之而来的是它的兄弟，金属增材制造，又名3 d打印技术。
真的有可能“打印”出完美的零件，并省去制造过程中的一些步骤吗?或者，增材制造仍然是一个小众概念的原因是什么?
以下是我们对增材制造工艺与“传统”粉末冶金工艺的优点和缺点的权衡，包括软磁复合材料用于电动马达。
金属增材制造工艺的优缺点
什么是增材制造?
(如果你已经了解了增材制造的基础知识，你可以跳过到“3D打印适合粉末冶金的地方?””一节)。
与任何新技术一样，增材制造也有几个优点和缺点，这取决于所使用的具体技术。
我们可以详细介绍不同类型的金属增材制造，但在工业上广泛应用的只有两种类型:
- 粉床粘结剂喷射(喷墨)
- 直接金属激光烧结(DMLS)
金属增材制造(AM)工艺是tool-less它使用粉末制造出类似喷墨打印机的部件。它将零件分解成许多2D层，并一层一层地打印出成品组件。
喷墨
喷墨打印是一个过程，最类似于传统的喷墨打印机在家里。我们将最详细地讨论这项技术，因为在当时，尽管相对较慢，但它是AM领域中迄今为止更快的技术。
- 薄薄的一层金属粉末分布在整个建筑外壳上。
- 打印头在打印床上移动，打印床以所需零件层的形状喷洒一层粘结剂。
- 重复步骤1和2，直到整个部分被“打印”。
- 通常，整个粉末床被移动到热“结合”过程中，在这个过程中，喷在每层上的粘合剂被干燥并获得强度。
- 粉末床被移动到脱粉站，在那里散粉被去除，零件被清洗。
- 零件是烧结的。这就是零件收缩约20%并获得冶金键的地方。
直接金属激光烧结
DMLS是一个通过从许多2D层创建3D部件的过程。
- 非常薄的一层粉末散布在构建围护结构的长度上。
- 激光束穿过该层，聚焦于将形成零件的区域。
- 激光的能量将粒子在接触时烧结在一起。
- 粉末床被移动到脱粉站，在那里散粉被去除，零件被清洗。
3D打印与粉末冶金的关系?
多年来，3D打印一直在帮助原型制作，但其缺点是显而易见的当你需要大量快速生产的低成本物品时．
增材制造正在零部件制造中找到自己的位置，作为补充注塑成型及常规压制烧结．家庭或办公室版本的3D打印机使用塑料来形成末端部分，但在工业世界中，也可以使用粉末形式的金属来实现3D打印，类似的到用于粉末金属压实的粉末。
您是否决定与增材制造或PM(粉末冶金)供应商合作?无论是用于生产还是简单地原型零件，考虑这两种技术的优缺点。
当然，使用这种新兴技术是一件很好的事情，但它真的有意义吗?或者你能得到更好的整体体验传统粉末冶金与一些先进技术和材料的混合?
增材制造优势
金属增材制造不仅仅是为了技术而技术。增材制造工艺确实在功能上有好处
1.罕见的塑形能力
增材制造对于不寻常或复杂的部件形状这很难用其他工艺来制造。
设计软件可以创建几乎任何几何形式，例如:
- 中空的空间
- 蜂窝填充
- 内部冷却通道
- 消极的草稿
从设计的角度来看，可能性是无限的。
在这方面，可以把3D打印想象成类固醇上的粉末冶金。
2.1 .制造+组装
增材制造生产线可以在同一时间内生产多个组件。添加剂制造商不需要创建单独的部件，然后再组装它们(由于几何限制)，而是可以做到这一点将组件组合成单个部件，可以在特定情况下降低整体产品成本。
3.无模具成本
在增材制造中，没有预先的准备就像你在传统的PM中看到的那样．对于小批量生产策略来说，这也是一个非常有吸引力的好处。
假设你制作了第一个原型，然后进行测试。如果您发现需要更改设计该怎么办?简单地发送一个新的模型到您的AM供应商的变化-这是很容易的。工程师可以重新加载模型，并准备开始您的下一个原型系列。
增材制造的缺点
如果这么简单，我们为什么要不使用? ?
增材制造的许多好处已经存在于粉末冶金中，只是以一种更微妙的形式。你必须决定在这些领域的适度改进是否值得与3D打印相关的缺点:
1.部分成本
当你需要1-100个原型时，金属增材制造在成本上有好处。除此之外，极端的“每件”成本会侵蚀所有最初的模具成本节约。
根据零件的尺寸，AM的成本可能是传统粉末金属零件的5-100倍。这种极端的成本是由两个主要因素驱动的:设备使用和材料成本。
我们将在下面讨论设备，但首先，让我们详细了解材料成本。
公司经常为AM指定材料k非常细的或小的颗粒分布。这可能会使你项目的原材料成本飙升——如果粉末需要是球形的，成本就更高了。这些颗粒形状是由专门用于金属注射成型的气体雾化过程产生的粉末床粘结剂喷射。
如果零件可以用传统的PM压制，然后根据需要加工，通常没有理由强迫AM进入你的制造过程。
2.表面光洁度
在过去十年中，3D打印部件的表面光洁度已经取得了长足的进步。然而，仍有两大挑战。
一是增材制造粉末本身的整体光洁度能力，也就是与传统粉末金属相比，非常粗糙材料。另一个是AM零件构造中固有的分层效果。这看起来很像地图上的地形图。当截面向内或向外增大时，零件面积上的高度逐渐变化，就会产生明显的分层效应。
为了解决这个问题，制造商通常把他们的零件寄出去滚磨或电抛光．这样可以很好地混合图层;然而，材料的去除会造成控制尺寸精度的另一个障碍。
3.尺寸控制
当通过粘结剂喷射加工时，金属增材制造具有类似的尺寸挑战金属注射成型．也就是说，材料在烧结过程中收缩约20%。因此，尽管打印机变得越来越精确，但烧结过程可能会让人头疼。
在同一烧结批次内，尺寸变化可达±0.5%。这意味着你的设计越大，公差就越大它必须包括。
此外，由于收缩，零件在烧结过程中会经历额外的摩擦。这导致圆形变成椭圆形和悬垂下垂，除非你的制造商特别注意设计复杂的烧结夹具。
4.无自定义合金化
的机械性能成品的好坏取决于粉末特性你可以从这个开始。
增材制造通常在基础粉末中使用预合金材料。为什么?在3D打印过程中，没有办法成功地引入额外的材料和特性。
如果你的合金材料不是可从你的供应商处获得那你就不走运了。所有你想要在组件中使用的材料和特性都必须混合在一起。
5.它很慢，而且有大小限制
工业增材制造的适应性进展缓慢，即使在2021．那是因为这么多年过去了，AM仍然这不是生产大量零件的有效方法．
还记得我们如何称赞AM的能力，一次生产多个部分吗?这是件好事，因为相对于PM来说，这是一个蜗牛一样的过程。这取决于你想要的最终形状大小，它可以接受2-3小时就能做出传统粉末冶金5-10秒就能做出的形状．
即使速度对你来说不是一个问题，根据3D打印的类型，当涉及到最大零件尺寸时，有一个很低的上限。
例如:使用粘结剂喷射，您可以打印与构建框一样大的部件。然而，通过热结合、脱粉和烧结工艺成功地获得了零件不开裂，不翘曲这是另一个故事。这是可以做到的，但变得非常棘手和昂贵。
除非你的设计是一种独特的形状，没有其他经济的方法可以生产，否则最好远离3D打印。即使你的设计是真正的独角兽，调整形状可能比调整制造方法更好。
3D打印软磁复合材料
那我们为什么不谈谈我们最喜欢的增材制造，软磁复合材料(smc) ?你可能还记得，这些“超级粉末”被涂上了一层电绝缘膜更好的磁性比，比如说，钢层板。
简单的回答是，AM进程距离能够处理smc还有很长的路要走。就在我们说话的时候，我们正在研究围绕这个问题的材料和工艺开发。
长话短说?
当涉及到电动汽车的电机部件，特别是定子和转子，有两个驱动力的性能-渗透率和岩心损失．的密度的成分驱动渗透率，和隔热层减少核心损耗。
要成功地3D打印这样的软磁组件，最终产品必须非常致密，而且绝缘层不能承受超过1000华氏度左右的热量。
不过你也许能找到一个说他们可以3D打印软磁复合材料，在现实中，今天的技术还不具备。粘合剂喷射打印在非常低的密度-组件不会得到它的密度提升，直到烧结炉。因此，其磁性最终将大大低于你对smc的期望——甚至不足以满足原型。
SMC部件不能在高温下烧结，因为热量会恶化每个颗粒周围最重要的保温层。在1000°F左右的温度下固化可确保颗粒分离。所有的致密化都必须在固化之前进行。
有一天，用增材制造制造SMC组件的原型成为可能。然而，不是今天，可能也不是明年。
金属3D打印(及粉末冶金)的未来是什么?
金属增材制造公司正试图在独特的汽车零部件之外的领域变得更具竞争力。但在大多数情况下，使用它仍具有经济意义粉末冶金，以满足当前和未来的零件制造需求．
请记住，并非所有粉末金属公司都在使用几十年前的技术和材料。查看下面的资源，看看传统粉末冶金供应商最近在做什么来与3D金属打印的优点和缺点竞争及其他制造工艺:
下面的文章将对粉末冶金与压铸、锻造和其他工艺进行更直接的比较。或者，想要一个一体化的外观，下载下面的免费电子书。
(编者注:本文最初发布于2019年4月，并经过更新。2021年6月)
