近年来，增材制造一直是制造业发展最快的领域之一。虽然金属增材制造部件越来越多地用于结构应用，但很少有塑料增材制造部件和工艺为此提供足够的耐久性。因此，定向能量沉积（DED）3D打印技术的出现被用于可直接数字化制造超高强度、重量轻的复合材料零件，提供了打印超出平面层传统限制的材料。

什么是 DED？

DED是一种金属增材制造工艺，通过这种工艺，熔融金属选择性地分层沉积，以构建完全致密的组件。可能您听说过 WAAM（Wire Arc Additive Manufacturing）、LMD（Laser metal Deposition）、LENS（Laser Engineered Net Shape）、DMD（Directed metal Deposition）或其他一些缩写词，弄不清楚没关系，这些通常是只是设备制造商用来区分其产品的专有名称。虽然有很多名称，但实际上技术差别不大。

定向能量沉积（DED）与PBF相似，因为它使用激光（或电子）束熔化粉末。但是，粉末原料的沉积和熔化方式使DED可以更轻松，更经济地扩展至更大的AM零件。

通常，DED 系统需要三个主要组件；一个操纵器，用于控制金属的沉积位置、材料的进料以及熔化该材料的能源。机械手通常采用数控龙门或机器人的形式。该材料将是金属丝或粉末形式，能源是激光或电弧（由于成本原因所以不太常见）。

△接近最终形状和完成的航空航天部件。图片来自Norsk Titanium

与其他金属增材制造工艺相比，DED 更高的沉积速率使该工艺能够生产更大规模（通常为 1m +）的组件，对生产力水平的权衡是零件分辨率。然而，随着新的 DED 硬件的出现，我们开始看到该技术可以实现的范围更广，并且在某些情况下可以与传统制造工艺制造的细节相媲美。

△金属增材制造技术的比较。照片来自AutoDesk

该工艺的较高沉积速率会导致较差的几何精度、特征分辨率和表面纹理，因此由 DED 生产的部件通常需要在沉积后进行额外加工以达到最终光洁度。这种对加工的需求以及将该技术集成到现有铣削平台的相对容易性导致了混合机器（即具有增材和减材能力的机器）的兴起。这些机器通常包含超过3轴，因此提供了大量的机会来沉积超出平面层的传统限制的材料。

多轴打印有什么好处？

许多低成本塑料3D打印机具有3轴配置。事实证明，3axis 打印机价格相对更实惠、可靠且有大量可用的软件切片选项，因此才会蓬勃发展。然而，这一成功也限制了3D打印的能力。需要支撑结构来打印悬垂表面，零件只能构建在平面上而不是预先存在的几何形状上，向上弯曲的表面会受到阶梯效应的影响。随着新3D打印DED系统的出现以及将沉积头集成到 CNC 铣床和机械臂上的日益普及，一系列新的可能性正在出现，并且 DED 技术可以使用多轴刀具的路径已有一段时间了。

△Haas UMC1000 与 Meltio DED 技术集成。照片来自 Meltio

DED它提供的未来机会是什么？

南极熊获悉Autodesk在过去的十年中，与各行各业的众多最终用户进行了合作。与许多金属添加剂一样，最初，大多数应用属于航空航天领域，在随后的几年中，Autodesk将其扩展到海洋、石油和天然气、模具/工具、国防和重工业。尽管这些行业的应用、合金和零件尺寸各不相同。

如今，DED 可以通过缩短零件开发周期和生产提前期、缩短上市时间以及减少存储备件的需求来实现与传统市场竞争的优势。未来，该技术可用于生产高性能、高附加值的组件，利用该技术可以提供更大的设计和材料自由度。例如，针对结构或热负荷优化组件，或使用定制合金或几种合金的组合生产零件。

DED 通过提高制造过程中的材料效率来提高可持续性，即沉积的零件（称为近净形状、预成型或沉积模型）需要显着减少材料去除来获得成品零件时与从材料坯料加工零件相比。未来，DED和AM 提供分散的生产模式，也就是说，零件不需要在单个工厂生产并运送到最终使用地点，而是可以在需要时在现场生产，缩短运输途中所需的时间并减少碳排放。

△行业颠覆者：Pix Moving 和 Relativity Space。照片来自Pix Moving and Relativity Space

当前的市场挑战是什么？

补充供应链：

长期以来，航空航天一直是3D打印的主要支持者（通常可能是 DED）。航空航天供原件供应需要消耗大量高价值合金，因此3D打印可减少加工原件过程中不必要的材料浪费。再加上稀有合金通常很难加工（加工速度慢并且需要大量昂贵的工具），通过减少必须切割的材料量，还可以节省大量资金。

为了弥补市场空白获得这些收益，特别是对于结构飞机元件，这里的问题是维修飞机替换这些锻件所需的时间，可能是几个月或者更长的时间，对于这种问题，这正是 DED 值得颠覆的地方，通过3D增材制造技术原定打印飞机合金元件，可以作为锻造组件的替换件。

△行业颠覆者：Pix Moving 和 Relativity Space。照片来自Pix Moving and Relativity Space

节约成本和减少库存压力：

DED 为磨损零件的再修整提供了新的解决方案，这可能是高价值的航空部件（此处通常使用涡轮叶片和叶盘作为示例）或模具，又或者是用于汽车中的某个应用。DED 提供了减少资金压力的解决方案，无需大量储备库存，仅需替换为可以由任何系统在需要的位置按需生产的备件数字库即可。

△WAAMPeller。照片来自 Ramlab

南极熊点评：近些年，我们看到了国内外许多优秀的企业的兴起，它们的出现的目的就是颠覆具有悠久历史的传统制造业。通过DED技术优势，这些新的、快节奏的组织正在提出更多的技术创新并向传统行业发起挑战。如Pix Moving正在利用 DED 流程的无工具特性来提供专属私人定制的自动驾驶汽车制造。Relativity Space的目标是通过使用名为“Stargate”的多米 WAAM 系统显著缩短火箭部件从概念到测试到最终部件的时间，从而颠覆航天工业。