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如何让金属3D打印从“能打印”走向“打印得更精细、更复杂、更可靠”？

微纳尺度，也能用金属“打印”出来？——走近高精度金属增材制造

传统金属3D打印正在从“制造复杂结构”，进一步走向“制造精密结构”。

随着航空航天、生物医疗、精密仪器、微型器件等领域对零部件尺寸、结构和表面质量提出越来越高的要求，传统金属增材制造在精度、表面质量、材料适应性以及复杂结构成形等方面，也面临着新的挑战。

如何让金属3D打印从“能打印”，进一步走向“打印得更精细、更复杂、更可靠”？

微纳金属增材制造，正在成为值得关注的技术方向。

上海交通大学增材制造中心围绕先进增材制造技术，提供金属增材制造相关的设备、材料、工艺与打印服务，为科研与工程应用提供从设备到样件制备的技术支持。

1️⃣

金属3D打印，为什么还需要“更精细”？

目前常见的金属增材制造技术已经能够实现复杂金属零件的直接成形，但当零件进一步向微型化、精密化和复杂化发展时，传统工艺的局限也会逐渐显现。

以选择性激光熔化（SLM）等技术为例，其成形精度通常处于几十微米量级，对于一些微小结构、精密通道以及复杂曲面而言，仍然存在一定挑战。

与此同时，金属打印后的表面通常还需要进行打磨、抛光、机加工等后处理。

因此，对于精密金属零部件而言，真正需要解决的问题并不只是：

“能不能打印？”

而是：

“能不能把细节打印出来？”

2️⃣

微纳金属3D打印：

把成形尺度进一步缩小

微纳金属增材制造的核心价值，在于进一步提升金属零件的成形精度与细节表达能力。

以微型激光粉末床熔融（Micro-LPBF）技术为例，通过更小尺度的激光加工与粉末成形控制，可以实现更精细的金属结构制造。

相关设备的典型技术指标可达到：

2–10 μm

超高成形精度

Ra 0.8–2.8 μm

较低表面粗糙度

相比传统金属增材制造，这意味着一些过去需要依赖精密机加工才能完成的微小结构，有机会直接通过增材制造实现。

对于微型流道、精密孔结构、复杂曲面以及细小功能结构而言，这种能力尤其具有价值。

3️⃣

不只是“精度高”，材料同样重要

金属3D打印并不是简单地将金属粉末“融化再堆起来”。

不同金属材料具有不同的熔点、热导率、热膨胀特性以及成形特征，因此：

材料不同，打印参数也不能完全相同。

尤其是高温合金、钛合金等材料，对激光功率、扫描速度、铺粉以及温度控制等工艺参数都有较高要求。

因此，一套真正面向科研与工程应用的金属增材制造系统，需要具备较强的材料适应能力与工艺参数开放性。

上海交通大学增材制造中心可围绕不同科研与工程需求，提供金属增材制造相关的设备与打印技术服务，并结合具体材料和零件结构进行工艺方案匹配。

从材料选择，到参数优化，再到最终样件制备，形成较完整的技术支持流程。

4️⃣

复杂结构，能不能少一点“支撑”？

支撑结构一直是金属增材制造中的重要问题。

对于悬垂、内腔以及复杂曲面结构，如果成形角度较小，通常需要增加支撑结构，以保证打印过程中零件的稳定性。

但支撑并不是越多越好。

它不仅会增加材料消耗，还会带来：

打印时间增加
后处理工作量增加
内部结构难以去除支撑
零件表面可能产生支撑痕迹
一些微小结构难以进行后处理

因此，对于复杂金属零件而言，减少支撑、甚至实现部分结构的无支撑成形，能够显著提升设计自由度。

相关Micro-LPBF设备通过精细化成形控制，可支持部分复杂结构的无支撑打印，为微型复杂结构的制造提供更多可能。

5️⃣

更高温度，

为高性能金属材料提供更多可能

金属增材制造过程中，温度控制直接影响材料的成形质量。

对于一些高温合金等材料而言，打印过程中容易出现热应力、变形以及开裂等问题。

通过提高成形过程中的预热温度，可以在一定程度上改善材料的热应力状态。

部分高性能金属增材制造设备采用500℃级高温预热技术，同时配备无接触换粉系统，在提高材料适应性的同时，也兼顾了设备使用过程中的安全性与稳定性。

对于科研人员而言，这意味着：

面对不同金属材料，可以拥有更大的工艺探索空间。

6️⃣

从“打印设备”到“打印服务”

对于高校科研团队而言，开展金属增材制造研究，并不一定意味着必须从设备采购开始。

很多科研项目的实际需求可能只是：

一个复杂结构样件
一组不同参数的实验件
一个微型金属结构
一批用于性能测试的试样

针对这类需求，上海交通大学增材制造中心可提供相应的金属3D打印技术服务。

根据零件结构、材料以及精度要求，可协助进行：

结构评估 → 工艺匹配 → 金属3D打印 → 样件制备

对于需要进一步开展工艺研究的团队，也可结合设备条件进行参数探索与工艺验证。

7️⃣

微纳金属3D打印，可以用在哪里？

高精度金属增材制造并不是单纯追求“更小的尺寸”。

更重要的是，它能够为一些传统加工方式难以实现的结构提供新的制造路径。

目前，高精度金属增材制造可以重点关注以下方向：

✈️ 航空航天

复杂轻量化结构、精密功能零件、特殊流道结构等。

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