在当今追求高效、精准和定制化的工业时代，金属增材制造（MAM）在设计自由度、材料利用率以及小批量定制生产上，呈现出诸多令人瞩目的显著优势。MAM具备彻底改变产品设计与制造的能力。
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然而，要想实现这些优势，重点在于选择一种可与特定产品需求和生产能力完美契合的技术，以下为几个关键的考量因素：
MAM为制造具有复杂几何形状和优化设计的部件提供了可能，这直接关系到产品的功能和性能。选择能达成所需复杂度和精度的技术极为重要。
最终产品的机械特性与所选的MAM技术及其对材料微观结构的影响紧密相关。深入理解这些关系对生产符合严格性能标准的组件尤为重要，在航空航天等要求苛刻的应用中更是如此。
不同的MAM技术适用于不同的生产规模，将技术选择与预期生产量相结合，对实现成本效益和满足市场需求有着重要意义。
全面的成本分析不应局限于初始打印阶段，也需考虑材料成本、机器使用时间、后处理要求、质量控制措施及潜在的返工情况等。
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明确部件需求和应用是采用适当MAM技术的基础。在此阶段，需要考虑的关键要素包括：
◆目标行业和应用：产品所属的特定行业和预期应用会显著影响技术选择。例如，航空航天业对材料要求严格且注重轻量化，所以可能会优先考虑PBF等技术来制造高性能组件，而其他行业可能发现DED工艺更适合制造大型结构。
◆材料选择与兼容性：确定对产品线极为关键的金属合金。铝合金、不锈钢、镍基高温合金（如Inconel 718）、钛合金（如Ti-6A1-4V）、钴合金和耐火合金属于常见材料。鉴于存在加工方面的限制，所以必须对这些材料与不同的MAM技术的兼容性予以评估。
◆几何复杂性和设计自由度：评估产品的几何复杂程度。诸如PBF - LB之类的工艺，擅长打造带有精细特征、内部通道以及有机形状的高度复杂几何形状；而像DED - Arc之类的工艺，则更关注更大的构建量与更快的生产率，而非复杂的细节。
◆机械性能要求： 明确那些对产品功能与寿命起关键作用的机械性能，如抗拉强度、延展性、抗疲劳性、断裂韧性以及耐腐蚀性。了解不同的MAM技术和后处理如何影响这些性能，这对于最佳材料的选择以及工艺优化而言至关重要。
在明确知晓产品组合需求之后，能够按照以下标准对特定的MAM流程予以评估：
1. 粉末床熔融（PBF）：PBF工艺，包含选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM），能提供高分辨率和出色的表面光洁度，适用于复杂几何形状和精细细节。然而，其构建体积通常较小，并且可能需要额外的后处理来去除支撑。有资料强调，了解PBF生产部件中各向异性的可能性很重要，因为逐层构建过程会影响不同方向的机械性能。
2. 定向能量沉积（DED）：DED工艺擅长构建大型结构并具备更大的材料灵活性，包括创建功能梯度材料的能力。不过，与PBF相比，其分辨率通常较低，并且可能需要更广泛的后处理才能进行加工和表面精加工。研究指出，需要考虑DED部件中的潜在各向异性，因为熔池的定向凝固会导致机械性能的变化。
3. 粘合剂喷射（BJ）：与PBF或DED相比，BJ具有相对较快的构建速度和较低的材料成本，是大批量生产的理想选择。但是，它通常需要额外的后处理步骤，包括脱脂和烧结，才能达到所需的密度和机械性能。研究表明，BJ非常适合生产具有复杂内部几何形状的零件，但可能无法达到与PBF相同的表面光洁度。
4. 新兴固态工艺：MAM领域不断发展，增材搅拌摩擦沉积（AFSD）和超声波增材制造（UAM）等技术具有独特优势。例如，AFSD能够生产近净成形组件，残余应力最小，而UAM擅长连接异种金属。然而，这些技术仍在发展之中，或许不像PBF或DED等更成熟的工艺那样容易获取。
全面的成本建模在MAM技术选择中至关重要，需考量的要素如下：
1. 机器购置与运营成本：对不同MAM系统所需的初始投资进行分析，这其中涵盖安装、培训以及持续维护的费用。
2. 材料成本与可用性：金属粉末的成本会因合金种类和供应商的不同而存在较大差异。对每种技术的原材料成本、可用性以及交货时间予以评估。
3. 后处理费用：精确估算与后处理步骤相关的成本，例如支撑去除、热处理、机械加工以及表面处理，因为这些会对每个零件的总成本产生显著影响。
4. 生产吞吐量与交货时间：依据预期的生产量来评估每种技术的建造率与生产能力。
5. 质量控制与检查成本：包含与质量控制措施相关的费用，如无损检测（NDT）和机械性能测试，以确保零件的完整性并符合标准。
四、考虑供应链成熟度和行业专业知识
熟练劳动力、可靠供应商和既定行业标准的可用性对任何MAM技术的成功实施都起着关键作用：
1. 技术就绪水平（TRL）：评估每个MAM流程的成熟度及其对生产环境的适用性，像PBF-LB这样的成熟技术通常具有更高的TRL，而较新的流程可能涉及更大的风险和不确定性。
2. 供应链基础设施：评估供应链中合格材料供应商、后处理服务和其他必要支持的可用性。
3. 行业标准和认证：调查相关行业标准，例如由ASTM International、ISO（国际标准化组织）和SAE International制定的标准，以确保合规性并推动最佳实践的采用。
正确的MAM技术并非通用的解决方案，一般还需要经过原型设计、测试和改进的迭代流程，从而达成最佳解决方案：
1. 与专业技术人员合作：在整个决策过程中与材料科学家、工艺工程师和MAM设备制造商合作，以利用他们的专业知识和见解。
2. 利用原型设计进行验证：利用原型设计测试不同的MAM技术，验证设计选择，并在开发周期的早期识别潜在挑战。这种迭代方法可在大规模生产前进行调整和优化。
3. 监控行业进步：MAM领域充满活力且不断发展。及时了解最新的技术进步、材料突破和行业趋势，确保产品组合始终处于创新前沿。
以上借助五个不同模块，详细阐述了选择恰当金属增材制造技术的关键要点与考虑因素，以供行业人士参考。(来源：Inside Metal AM)
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