UM420MT 金属 3D 打印机产品介绍

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  发文件前需要确认的事项
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  UM420MT 金属 3D 打印机如何成形零件
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  双激光在车间里改变了什么
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  气流、烟尘与飞溅控制
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  平台擅长的材料与几何形状
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  从基板到成品零件
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  增材何时优于机加工，何时不优

该设备采用粉末床熔融工艺。铺粉器在成形板上铺一层薄薄的雾化金属粉末，随后 500 W 光纤激光将零件的一个截面熔化到该层中。成形板下降一个层厚，再次铺粉，循环往复直至零件完成。UM420MT 金属 3D 打印机配有两套激光和两套振镜，因此成形舱的两半可同时扫描。

层厚通常为 20–60 μm，这个数值决定其余一切。薄层表面更光滑、小特征分辨率更好，但单件耗时更长。厚层缩短成形时间，常用于大而简单的几何形状。激光光斑尺寸、扫描速度和扫描间距按材料设定，而非按零件设定，因为熔池行为是合金本身的属性。

气氛与光学同样重要。成形舱充入氩气或氮气，氧含量保持在 100 ppm 以下。钛合金和铝合金要求最严；活性粉末在氧氮含量较高时会吸氧吸氮，结果体现在冲击韧性上，而不是硬度测试上。

成形方向要在上述步骤之前确定。贴在支撑上的面会粗糙并略有变形，因此工程师会旋转零件，让关键表面朝上或朝侧面。水平打印的孔会呈椭圆。小于 M6 的螺纹通常打印成偏小尺寸，之后再攻丝。

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  粉末层通常 20–60 μm，按合金和特征尺寸设定。
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  气氛氩气或氮气，氧含量保持在 100 ppm 以下。
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  熔池由激光功率、扫描速度和扫描间距控制。

单激光设备用一个振镜头扫描整个成形舱。零件越大，扫描头离中心越远，边缘光斑就会畸变。UM420MT 金属 3D 打印机的双激光布局让每个扫描器负责更小的工作场，因此在整个 420 × 330 mm 成形板上光斑质量更一致。这是不那么显眼的优势，体现在边缘致密度上，而不是加工节拍上。

显眼的优势是产能。两台激光在同一层的不同区域并行工作，可缩短大零件的成形时间。该平台标称输出为 5–50 cm³/h，区间很宽，因为取决于零件形状、尺寸、材料和打印参数。同样体积的高瘦支架和实心块体，成形速率并不相同。

并行扫描带来一个真实风险：搭接区。两个扫描场交界处，第二台激光可能重熔第一台已凝固的材料。处理得当，搭接区完全致密；处理不当，会出现一条孔隙带或晶粒组织变化，只有在机加工后或疲劳测试中才会暴露。

因此搭接质量要用力学测试验证，而不是目视检查。拉伸试样和密度试样应跨搭接带布置，然后切取并测试。如果供应商拿不出你所需材料的搭接测试数据，在下生产订单前先索要。

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  更小的扫描场每个振镜覆盖面积更小，边缘光斑质量更稳定。
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  并行曝光同一层的两个区域同时熔化。
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  搭接带必须用拉伸或密度试样验证，不能靠肉眼。

在成形舱内，激光不只是熔化金属，还会汽化少量金属并把飞溅物从熔池中抛出。这些颗粒必须在下一层铺粉前被吹走，否则会作为夹杂物嵌入零件。因此气流设计是一级质量变量，而不是清洁细节。

流场经过优化，使成形板上方的横向气流从一边到另一边保持均匀。如果某个角落气流偏弱，烟尘就会在那里积聚，激光能量被烟羽吸收，该区域温度偏低。可见的结果是零件一侧看起来正常，另一侧却存在未熔合孔隙。

过滤条件在构建过程中会变化。随着过滤器吸附冷凝物，压降上升、流量下降。长时间构建或使用活性合金的构建，需要按计划检查过滤器，而不是等到最后。上周运行正常的设备，本周用相同参数也可能漂移出规格。

对操作员来说，这意味着 UM420MT 金属 3D 打印机不是一键式系统。腔体氧含量、流量和过滤器压差都是工艺参数，应与激光功率和层厚一起记录在构建日志中。

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  烟尘吸收激光能量并局部冷却熔池。
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  飞溅可能重新沉积为下一层的夹杂物。
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  过滤器负载在长时间构建中提高压降并降低流量。

UM420MT 金属 3D 打印机可运行铸钢、不锈钢、高温合金、铝合金和钛合金。这些材料系列覆盖面很广。Ti-6Al-4V 和 Inconel 是典型的增材合金，因为它们难加工，且在氩气下易于干净熔化。铝则相反：反射率高且氧化快，因此需要严格的氧含量控制和经过验证的参数。

几何形状与合金同样重要。该工艺最适合零件具有内部通道、有机承载形状或刀具无法切削的随形冷却的情况。带有靠近型腔的弯曲冷却通道的模具镶件是教科书式的适用场景。带六个钻孔的平板则不是。

小特征有下限。壁厚小于约 0.4 mm，或孔小于约 1 mm，在整个幅面上会变得不可靠，因为熔池比特征更宽。设计人员应加厚这些特征，或计划在打印后加工。

朝下的表面始终需要支撑，去除支撑会留下痕迹。如果表面有密封槽或轴承配合，应朝上或侧向放置，或留 0.3–0.5 mm 余量后在 CNC 上精加工。混合工艺在这里是常态，不是妥协。

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  适合随形冷却、内部通道、点阵和有机形状。
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  不适合简单棱柱零件、大平板、大批量低成本件。

打印件不是成品件。它从基板上取下时仍附着构建基材，支撑结构还在上面，残余应力锁在金属中。构建后的第一步是去应力热处理，通常零件仍留在基板上进行，使其无法自由翘曲。跳过这一步是去除支撑时开裂的常见原因。

去除支撑是手动或半手动工作。切除后，底部需磨削或线切割。然后零件转到 CNC 加工关键特征：密封面、内孔、螺纹，以及任何公差比打印机所能保持的更紧的表面。增材在支撑良好的特征上大致保持 ±0.1 mm；±0.005 mm 属于机加工范畴。

热处理还决定最终显微组织。HIP 和固溶处理加时效按合金选择。Ti-6Al-4V 进行去应力，有时做 HIP 以闭合内部孔隙。Inconel 718 进行两步时效。铝合金有自己的制度。结果是，相同的打印形状，根据构建后的处理不同，可能得到非常不同的力学性能。

打印态表面粗糙，朝下表面通常为 Ra 8–15 μm，垂直壁面更好。喷砂、滚光或机加工可降低粗糙度。如果需要 Ra 0.8–1.6 μm，应计划精加工切削，而不是依赖打印表面。

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  去应力在去除支撑前进行，以限制变形和开裂。
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  CNC 精加工内孔、螺纹和紧配合面在打印后切削。
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  后处理喷砂或机加工达到 Ra 0.8–1.6 μm。