如何用FDM3D打印低成本DED3D打印送粉器？_产品中心

在增材制造领域，DED（定向能量沉积）技术因其在金属零件制造和修复方面的独特优势而备受关注。

近日，波兰热舒夫理工大学航空材料研发实验室团队发表的一项案例研究，或许给出了答案。

通过将3D打印技术与传统制造工艺的巧妙融合，他们成功将热喷涂送粉设备的成本降低至传统设备的十分之一，同时保持了可靠的工作性能。

这种用3D打印制造3D打印的创新思维，不仅为热喷涂设备带来了突破，更可能为DED金属3D打印系统的低成本化提供了全新思路。

这项创新背后蕴含着怎样的技术智慧？让我们共同来看看，有何创新设计和工艺？

热喷涂技术自19世纪末诞生以来，凭借其在防腐蚀、耐磨损等方面的优异性能，在航空航天、汽车制造、精密仪器等领域获得了广泛应用。

特别是在当前环保意识日益提升的背景下，这项技术正在慢慢地取代传统的电镀工艺。

以送粉器为例，市面上最基础的商用设备起价就高达8000美元，这对众多中小企业来说形成了难以逾越的门槛。

波兰研究团队别出心裁，通过深入分析送粉器的工作原理和结构特点，开发出了一种基于3D打印技术的创新解决方案。

如图1所示，总系统包含五个主要组件：5V搅拌电机、容器盖、主容器、控制滑阀和螺纹接套。

特别值得一提的是，搅拌电机的配置有效解决了粉末堵塞问题；观察孔的设计让操作人员能够实时监控粉末用量；螺纹钢套的使用则明显提升了连接的密封性和装卸便利性。

如图2所示，系统采用模块化设计理念，包括底座、底座盖、螺纹套筒和送粉转盘四个主要部件。

将原有大尺寸塑料转盘改为小直径钢制转盘，并且优化了转盘槽道设计，提升送粉均匀性；其中轴承座采用压配合设计，提高运转精度。

蓝色箭头表示载气流动路径，优化了气流分布；白色箭头展示粉末流动轨迹，实现粉末与载气的精确混合。通过特殊的气流导向结构，减少粉末沉积。

其中包含创新的螺纹接头设计（图7b）、改进的驱动系统密封结构（图7c）以及优化的内部轴承布置（图7a）

如图4所示，系统采用带蜗轮减速箱的12V电机作为动力源，通过爪形联轴器将动力传递给送粉转盘。

特别值得一提的是，团队在转盘套筒上增加了齿形轮，配合速度传感器实现了转速的精确监测，这是对早期样机的重要改进。

如图5所示，载气系统采用了精心设计的气路布局，包含三个接口、压力表和控制阀。

系统不仅为送粉室提供载气，还在料斗腔室中形成略高的压力，有很大效果预防了粉末回流现象。这一设计使设备能适应不同工艺的压力需求。

研究团队考虑各种增材制造方法的优缺点后，最终选择FDM（熔融沉积成型）技术作为主要制造方法。

使用Ultimaker切片软件进行G代码生成，针对不同功能部件专门优化了打印参数：

具体制作的完整过程中，团队使用Zortrax M200和Creality Ender 3打印机，选用PLA（聚乳酸）材料。打印后的零件经过细致的后处理，包括支撑去除、表面打磨等工序。

对于需要高强度或易磨损的关键零件，如转盘和螺纹接套，采用传统机械加工方法制造。如表1所示，这些部件包括：

如图6所示，设备的装配过程体现了精密工程的特点。研究团队开发了创新的装配方案：

装配使用了ø2×100mm和ø3×100mm橡胶绳制作密封圈、采用氰基丙烯酸酯胶水确保密封可靠性。

测试采用了Metco 204氧化锆粉末（氧化钇稳定），在1 Bar压缩空气流量条件下进行。

如表2所示，研究团队在不同转盘转速下（11-62 rpm）对设备做了多组测试，每组测试装入100g粉末，记录料斗排空时间，并据此计算送粉速率。

该设备展现出稳定的送粉性能，送粉速率范围为48.65-138.46 g/min。

这种线性特性对于工艺控制很重要，因为它意味着操作人能通过简单调节转盘速度来精确控制送粉量。

需要特别说明的是，由于不同粉末的密度差异，在实际应用中需要针对具体粉末材料来校准测试。

虽然在某些参数上（如最大工作所承受的压力、精度等）略逊于顶级商用设备，但其30kg的整机重量（相比商用设备的105kg）和显著的成本优势，为其在特定市场领域开辟了独特的竞争空间。

通过将消费级FDM技术应用于工业设施制造，研究团队展示了一种突破传统制造思维的方案。这种方法不仅大幅度降低了制造成本，更重要的是开创了工业设施的快速原型与小批量定制化生产的新途径。

DED本质上是一种金属3D打印技术，而研究团队使用FDM这种更简单、更经济的3D打印技术来制造DED设备的核心部件，这种以3D打印助力3D打印的思路具有深远意义：

随着基础3D打印技术的进步，其制造的高端3D打印设备也会随之升级，形成良性循环。

从技术原理看，热喷涂与DED金属3D打印在送粉系统上有诸多共通之处：都需要精确的粉末输送、稳定的气粉混合以及可靠的工艺控制。