从定制假牙到精密零件，直接金属激光烧结（DmLS）究竟是如何改变制造业的？

当牙科医生拿着刚做好的定制假牙递给患者时，很少有人会想到，这枚贴合牙龈、强度足够的小零件，可能并非出自传统的铸造车间，而是由一台散发着微光的激光设备 “打印” 出来的。这种神奇的制造技术，就是直接金属激光烧结（DmLS）。它不像传统机床那样靠切割、打磨原材料来成型，而是用激光将金属粉末一点点 “粘” 成想要的形状，就像用乐高积木搭模型，只不过积木变成了微米级的金属颗粒，“胶水” 则是激光产生的高温。接下来，我们就通过一个个具体的问题，揭开 DmLS 技术的神秘面纱。

1. 第一次听说直接金属激光烧结（DmLS），它到底是一种什么样的技术？

简单来说，DmLS 是一种 “增材制造技术”，也就是大家常说的 “3D 打印” 的一种，但专门针对金属材料。想象一下，你要做一个金属小齿轮，传统方法是找一块金属块，用机床把多余的部分切掉；而 DmLS 则是先在一个容器里铺一层薄薄的金属粉末，然后用高能量的激光按照齿轮第一层的形状，在粉末上 “画” 一圈，激光的高温会让粉末瞬间融化并烧结在一起，形成固体；接着，容器底部的平台往下移动一点，再铺一层新的粉末，激光继续 “画” 第二层，直到整个齿轮从下到上完整成型。最后把多余的粉末清理掉，一个没有任何拼接痕迹的金属齿轮就做好了。

（此处插入图片：DmLS 设备工作场景图，展示设备内部铺粉、激光扫描的过程，旁边摆放着刚打印完成的金属零件和未清理的金属粉末）

2. 既然是用激光烧结金属粉末，那能用来做 DmLS 的金属材料有哪些呢？

能用于 DmLS 的金属材料还不少，而且大多是工业上常用的 “实力派” 材料。比如不锈钢，很多需要耐腐蚀、强度高的零件，像医疗器械里的手术钳组件，就常用不锈钢粉末来打印；还有钛合金，它又轻又结实，生物相容性还特别好，所以在航空航天领域（比如飞机发动机的小零件）和医疗领域（比如人工关节、牙种植体）用得特别多；另外，铝合金、钴铬合金、镍基高温合金等也很常见，比如汽车行业会用铝合金打印轻量化的零件，而镍基高温合金则能承受极高的温度，适合做航空发动机里的高温部件。不过要注意，这些金属都不是我们平时看到的块状或丝状，而是经过特殊处理的、颗粒大小均匀的粉末，一般颗粒直径在 10 到 50 微米之间，比头发丝还细。

3. 听起来 DmLS 打印过程很精细，那它能做出多复杂的零件呢？

这正是 DmLS 最厉害的地方之一 —— 它几乎能打破传统制造的 “复杂度限制”。传统制造如果要做一个内部有复杂孔洞、或者形状像迷宫一样的零件，往往需要分成好几个部分分别加工，再拼接起来，不仅麻烦，还容易有误差；但 DmLS 是一层一层往上打印的，哪怕零件内部有交错的通道、镂空的结构，只要在设计图上画出来，激光就能精准地烧结每一层对应的粉末，直接做出完整的零件。比如有一家医疗器械公司，用 DmLS 打印出了一种人工骨小梁结构的种植体，这种种植体的表面有很多和人体骨骼相似的微小孔隙，能让人体组织更好地长进去，但如果用传统铸造方法，根本无法做出这么精细的孔隙结构。还有航空领域，有些零件为了减重，会设计成 “晶格结构”（就像蜂巢一样的空心结构），这种结构用 DmLS 打印起来也毫无压力。

4. 打印出来的金属零件，强度和耐用性和传统方法做的一样吗？会不会更容易坏？

很多人第一次接触 DmLS 都会有这个顾虑，但实际上，只要工艺参数设置得当，DmLS 打印的金属零件在强度、硬度、耐用性等方面，完全不输甚至超过传统制造的零件。因为激光的高温能让金属粉末充分融化并紧密结合，形成的金属组织非常致密，几乎没有空隙。比如用钛合金打印的人工关节，经过测试，它的抗拉强度、屈服强度等关键指标，和锻造的钛合金关节基本一致，而且因为打印过程能更好地控制金属晶粒的大小和分布，有些情况下零件的疲劳寿命（也就是反复受力后不容易断裂的能力）还会更高。不过要注意，打印完成后，很多零件还需要进行后续处理，比如热处理（通过加热和冷却来调整金属的性能）、表面抛光（让表面更光滑）等，这些步骤能进一步提升零件的性能，让它更符合实际使用需求。

5. 既然 DmLS 这么好，那它是不是可以完全取代传统的金属制造方法呢？

其实并不是这样，DmLS 虽然有很多优势，但也有自己的 “短板”，所以更多是和传统制造方法互补，而不是取代。比如从生产效率来看，如果要大批量生产简单的零件，比如螺栓、螺母，传统的锻造或冲压方法速度更快，成本也更低；但如果是小批量生产、或者零件形状特别复杂，DmLS 的优势就体现出来了。再比如从成本来看，DmLS 的设备本身比较贵，金属粉末的价格也比块状金属高，所以对于一些大型、简单的零件，用传统方法更划算；但对于那些需要定制、或者传统方法难以加工的零件，DmLS 虽然单次成本高，但能省去很多加工步骤和模具费用，反而更经济。举个例子，汽车厂商研发新车型时，需要制作少量的发动机测试零件，用 DmLS 打印只需要几天时间，还不用开模具；但如果要量产，还是会换成传统的铸造或冲压工艺。

6. 那 DmLS 一般用在哪些具体的行业和场景里呢？除了之前提到的医疗和航空航天，还有别的吗？

除了医疗和航空航天，DmLS 在很多行业都有应用。比如汽车行业，除了研发阶段的测试零件，有些高端车型还会用 DmLS 打印个性化的零件，比如定制的方向盘拨片、座椅支架等；还有模具行业，传统的模具如果要做复杂的冷却通道，很难加工，但用 DmLS 可以直接在模具内部打印出随形的冷却通道，让模具冷却更均匀，提高产品的生产效率和质量；另外，珠宝行业也开始用 DmLS，设计师可以设计出更复杂的珠宝款式，用贵金属粉末（比如金、银粉末）直接打印出首饰毛坯，再进行后续的打磨和镶嵌，不仅能减少贵金属的浪费，还能快速实现个性化定制；甚至在艺术领域，有些雕塑家会用 DmLS 打印金属雕塑的复杂部件，突破传统雕塑工艺的限制。

7. 打印一个零件的过程大概需要多久呢？是像打印机打印文件一样快吗？

和打印文件比起来，DmLS 打印零件的速度要慢得多，具体时间取决于零件的大小、复杂度和层数。比如一个小的牙科种植体（高度大概 10 毫米，直径 5 毫米），可能需要几个小时就能打印完成；但如果是一个大一点的航空发动机零件（比如高度 100 毫米，复杂结构），可能需要几天甚至一周的时间。这是因为每一层的打印都需要激光逐点扫描，而且为了保证零件的精度和质量，激光扫描的速度不能太快，同时每铺完一层粉末，还需要等待粉末平整、激光烧结完成后，才能进行下一层。另外，打印完成后，还需要时间清理多余的粉末、进行后续的热处理和表面处理，所以从设计到拿到成品，整个周期通常需要几天到几周不等。不过对于小批量、定制化的需求来说，这个速度已经比传统制造快很多了，比如传统方法做一个定制的人工关节，可能需要几周甚至几个月，而 DmLS 只需要几天。

8. 打印过程中需要人工一直盯着吗？还是可以自动完成？

现在的 DmLS 设备自动化程度已经很高了，打印过程中基本不需要人工一直盯着。整个流程大概是这样的：首先，工程师在电脑上用设计软件（比如 CAD 软件）画出零件的 3D 模型，然后把模型导入到 DmLS 设备的控制软件里，设置好打印参数（比如激光功率、扫描速度、粉末层厚度等）；接着，把金属粉末倒入设备的料仓，启动设备，设备就会自动开始铺粉、激光扫描的过程，全程由电脑控制，不需要人工干预；在打印过程中，设备还会实时监测温度、粉末厚度等参数，如果出现异常（比如粉末不够了、温度过高），会自动报警，提醒工作人员处理；等到打印完成后，设备会自动停止，工作人员只需要打开设备，把打印好的零件和多余的粉末取出来就行了。不过要注意，打印前的参数设置和模型检查需要有经验的工程师来做，这直接影响到零件的质量。

9. 多余的金属粉末还能再利用吗？会不会造成浪费？

这是 DmLS 比较环保的一点 —— 多余的金属粉末大多可以回收再利用。因为在打印过程中，只有激光扫描到的粉末会被烧结成固体，其他未被扫描的粉末只是被铺在平台上，没有发生化学变化，也没有被污染，所以清理出来后，经过筛选（去掉一些可能结块的粉末）、烘干和混合新粉末（通常会按一定比例添加新粉末，保证粉末的性能稳定），就可以再次倒入设备的料仓里使用了。不过不同的金属粉末，回收利用的次数和比例会有所不同，比如不锈钢粉末的回收率相对较高，而一些特殊的高温合金粉末，为了保证零件性能，回收次数可能会少一些。总体来说，DmLS 的粉末利用率能达到 80% 以上，大大减少了金属材料的浪费，这和传统制造中 “切下来的废料难以再利用” 相比，是很大的优势。

10. 用 DmLS 打印零件，精度能达到多少呢？会不会打印出来和设计图有很大误差？

DmLS 的精度非常高，一般来说，零件的尺寸精度可以控制在 ±0.1 毫米以内，有些高精度的设备甚至能达到 ±0.05 毫米，这个精度已经能满足大多数工业领域的需求了。比如医疗领域的牙种植体，需要和患者的牙槽骨精准贴合，DmLS 打印的种植体在尺寸上的误差基本可以忽略不计。不过要注意，零件的精度会受到一些因素的影响，比如粉末的颗粒大小（颗粒越均匀，精度越高）、激光的扫描精度（激光光斑越小，扫描越精细）、打印过程中的温度控制（温度波动太大可能导致零件变形）等。另外，对于一些特别大或者特别复杂的零件，可能会因为层与层之间的应力变化，出现轻微的变形，这时候就需要在打印前通过软件进行应力分析，调整模型设计，或者在打印后进行轻微的校正处理，确保零件符合设计要求。

11. 普通人能接触到 DmLS 技术吗？比如想定制一个金属小物件，能自己用 DmLS 打印吗？

目前来说，普通人直接使用 DmLS 设备打印还不太现实，主要有两个原因：一是设备成本太高，一台工业级的 DmLS 设备价格通常在几百万元甚至上千万元，而且还需要专门的场地和配套设备（比如粉末储存、后处理设备），个人很难承担；二是技术门槛较高，DmLS 的操作需要掌握 3D 建模、参数设置、粉末处理等专业知识，还需要了解不同金属材料的特性，不是简单培训就能上手的。不过普通人可以通过一些第三方服务来接触 DmLS 技术，比如现在有很多 3D 打印服务平台，你只需要在电脑上设计好金属零件的 3D 模型，然后把模型文件发给平台，平台会用 DmLS 设备帮你打印出来，最后寄给你。比如有些喜欢 DIY 的人，会定制金属的模型零件、个性化的钥匙扣等，还有些珠宝品牌也提供定制服务，你可以设计自己喜欢的珠宝款式，用 DmLS 打印出贵金属毛坯，再进行加工。

12. DmLS 打印过程中会产生有害物质吗？对环境和操作人员有影响吗？

DmLS 打印过程中确实需要注意一些潜在的风险，但只要做好防护措施，对环境和操作人员的影响是可以控制的。首先，金属粉末如果处理不当，可能会产生粉尘，吸入后对人体呼吸道有影响，所以设备通常会有密闭的工作舱和粉尘收集系统，操作人员需要佩戴防尘口罩、手套等防护用品；其次，激光是高能量的光源，如果直接照射到人的眼睛或皮肤，会造成伤害，所以设备的工作舱都是防激光的，操作人员不能在设备工作时打开舱门，也需要避免激光直射；另外，有些金属粉末在高温下可能会产生少量的挥发性气体，但这些气体通常会通过设备的排气系统过滤后排出，不会对环境造成大的影响。总体来说，只要严格按照操作规程操作，配备必要的防护设备，DmLS 打印过程是安全、环保的，不会产生大量的污染物，也不会对操作人员的健康造成威胁。

13. 有没有一些让人印象深刻的 DmLS 应用案例，能具体说说吗？

当然有，比如在医疗领域，有一家国外的医院曾经用 DmLS 为一名患者打印了定制的胸骨和肋骨假体。这名患者因为患有癌症，需要切除部分胸骨和肋骨，传统的假体很难完全贴合患者的胸腔结构，而且手术时间长；而医生通过 CT 扫描获取了患者胸腔的精准数据，用 DmLS 打印出了和患者胸腔完全匹配的钛合金假体，手术时间比传统方法缩短了一半，而且假体植入后，患者的恢复情况非常好，没有出现排异反应。还有在航空航天领域，空客公司曾经用 DmLS 打印了 A350 飞机上的一个燃油喷嘴零件，这个零件原本由 20 多个部件组成，用传统方法需要焊接拼接，不仅重量大，还容易出现泄漏风险；而用 DmLS 打印后，整个零件变成了一个整体，重量减轻了 30%，而且没有任何拼接缝，泄漏风险大大降低，同时还提高了燃油的燃烧效率。这些案例都充分体现了 DmLS 在定制化、轻量化、复杂结构制造方面的优势。

14. 用 DmLS 打印的零件，表面看起来是什么样子的？是不是和传统零件一样光滑？

刚从 DmLS 设备里取出来的零件，表面并不是特别光滑，会有一层薄薄的、类似于 “磨砂” 的质感，这是因为每一层粉末烧结后，表面会留下激光扫描的痕迹和细微的粉末颗粒。不过这种表面状态可以通过后续处理来改善，比如进行喷砂处理（用高压气流带动磨料冲击零件表面，让表面更平整）、抛光处理（用抛光工具或化学试剂让表面更光滑）、电镀处理（在零件表面镀上一层金属，比如铬、镍，不仅能提高表面光洁度，还能增强耐腐蚀性能）等。经过处理后，DmLS 零件的表面可以变得和传统制造的零件一样光滑，甚至更光滑。比如珠宝行业用 DmLS 打印的首饰，经过精细的抛光和镶嵌后，完全看不出是 3D 打印的，和传统铸造的首饰在外观上没有任何区别。

15. 如果打印过程中突然停电了，已经打印了一部分的零件会报废吗？

这是很多人担心的问题，但实际上，大多数 DmLS 设备都有停电保护功能，所以不一定会导致零件报废。当突然停电时，设备会立即停止铺粉和激光扫描，同时保持工作舱内的温度稳定（有些设备会有备用电源来维持温度），避免已经打印好的部分因为温度骤降而变形或开裂。等到恢复供电后，操作人员可以通过设备的控制软件，找到停电前的打印位置，然后从该位置继续往上打印，不需要从头开始。不过要注意，如果停电时间过长，导致工作舱内的温度下降太多，或者已经打印好的部分出现了轻微的变形，那么可能就需要重新打印了。所以为了避免这种情况，很多使用 DmLS 设备的工厂都会配备备用电源，确保在停电时设备能正常维持关键参数，减少零件报废的风险。