規避支撐，是基于激光粉末床熔融（LPBF）的金屬3D打印工藝的永恒問題之一。近些年來，知名品牌商均已意識到通過工藝優化和激光控制等方式可以大范圍規避支撐，并在該技術方向推出了自有解決方案，但所能實現無支撐打印的極限各有不同。3D打印技術參考注意到，LPBF金屬3D打印技術的領導者EOS，已將無支撐打印的極限低至0°，該技術水平在整個行業內保持了領先！

然而，實現無支撐打印后的零件質量是否有犧牲，目前多數企業并未公布直接數據。無支撐打印最終的應用效果，不僅應要求可以成功打印，還應當要求零件具有可用的表面質量、零件整體性能不降低。這在航空航天、能源等高價值應用中，都是備受關注的重要因素。

EOS無支撐3D打印的低至2.5°的特征演示零件

無支撐金屬3D打印顯著影響應用

3D打印技術參考注意到，美國在2023年1月就采用無支撐打印技術制造了一體化的燃料貯箱，并發射到太空；而我國相關技術的應用則是在2024年3月。除此之外，2024年8月，SpaceX展示了其第三代猛禽發動機，馬斯克表示這臺極致簡約的發動機大量使用金屬增材制造技術，實現了大量零件整合、優化和輕量化。因此可以看出，工藝技術的進步，直接影響太空技術的發展進程。

EOS M 300-4無支撐3D打印的具有0°特征的貯箱

無支撐打印的關鍵優勢是可以避免在封閉結構中使用支撐，無論是復雜流道還是腔體，均可一體化制造出接近或可直接使用的成品。其應用范圍不僅涵蓋航空航天，還包括制造能源領域具有較大傾斜面的葉輪、渦輪部件或定子環等。

逐層、同層不同位置

實時調整激光功率

然而，無支撐打印的實現，如果以犧牲零件質量為代價，便失去了意義。因涉及復雜的能量調控，無支撐打印的部位可能出現表面質量較差的情況，這也是該技術難以攻克的原因。制造商能夠做到在不同層中切換使用不同的激光功率或掃描速度，但參數調整的依據可能并不是來自零件本身的熱狀態，這將會導致零件質量的損失。

兩種工藝狀態下的熱分布對比

EOS的路線是依賴其Smart Fusion技術，該工具會測量每一層的實際溫度分布，軟件會確定維持均勻熱分布所需的激光功率校正因?。在下?層中，會考慮這些校正因?，并相應地調整激光功率，保持逐層溫度可控，避免殘余應力導致零件變形，進而消除支撐。這?過程以約100μm的極?光學分辨率逐層重復，保障零件成功制造。

完全無支撐打印的低角度零件演示

需要特別指出的是，上述提到的是在不同層之間實時調整功率，但3D打印技術參考通過與EOS工程師的交流獲知，該技術也可以根據同一層中不同位置的溫度差異，動態調整同一層不同位置的激光功率。但無論哪種形式，都意味著零件在整個打印過程中幾乎沒有按照“標準”工藝打印，那么會不會造成零件的質量下降？

動態能量輸入與零件可靠性的研究

為了驗證Smart Fusion技術并驗證材料特性，EOS使?其官?驗證布局從 Smart Fusion成型作業中收集拉伸和孔隙數據，然后將該數據與使?標準參數開展的類似作業進??較。

EOS使用M290、 M400-4，分別對比了IN718和Ti64使用標準工藝和Smart Fusion工藝下零件的性能指標，測試零件的布局完全相同。這兩種材料在航空航天和能源領域用途廣泛，也是3D打印行業最突出的金屬材料，使用他們進行驗證極具代表性。

M290的成型布局，測試樣件以藍?顯?，灰?樣件進?存檔

1.IN718綜合性能對比測試

IN718使用M290以80μm層厚的標準工藝和Smart Fusion工藝進行打印，結果發現，兩種?藝的孔隙率相等，平均孔隙率均?于0.03%；而且40μm層厚Smart Fusion工藝的缺陷率低于80μm層厚工藝缺陷率。拉伸測試結果進一步表明，Smart Fusion并未破壞EOS M290 IN718工藝的穩定性。與80μm標準工藝相比，采用Smart Fusion的80μm?藝在所有測量變量中幾乎達到了相同的值。

從XZ平?分析成型樣件的孔隙率?平

熱處理前的屈服強度

熱處理后的屈服強度

熱處理后的伸?率

IN718的主要特性之?是熱處理樣本的伸?率，它可以快速顯示工藝中是否存在缺陷，并且對零部件的抗疲勞性能非常重要。Smart Fusion的40μm?藝表現出穩定且可重復的性能，每個樣本都能輕松通過12%的?標，垂直樣本的平均值甚至可以達到16%以上。在80μm?藝中，Smart Fusion也實現了可靠的材料特性，?多數位置的伸?率都輕松達到了目標值，只有左前區域位置1的樣本伸?率低于該值。

2.Ti64綜合性能對比測試

與高溫合金和鋼相比，鈦合金重量輕，與其他輕質合?相比具有更高的抗疲勞性。測試過程使用了M290和M400-4兩臺設備，打印層厚均為60微米。測試發現，M290中的平均孔隙率在使用和不使用Smart Fusion的情況下相同，均低于0.010%；M400-4在大多數樣本上具有類似的孔隙分布情況，孔隙率均低于0.015%，即使使用Smart Fusion，峰值仍然低至0.03%。對于鈦合金而言，這?結果?常好。

兩種工藝下，使?EOS M290打印的樣本屈服強度

兩種工藝下，使?EOS M290打印的樣本伸?率

兩種工藝下，使?EOS M400-4打印的樣本屈服強度

兩種工藝下，使?EOS M400-4打印的樣本伸?率

測試樣件經熱處理后進行拉伸測試，發現兩臺機器的拉伸測試結果都很好，Smart Fusion可以穩定地與60μm?藝配合使?。在M290上，使?Smart Fusion成型的樣本達到了與標準打印樣本基本相同的屈服強度和伸?率。熱處理后的伸?率在各處均超過13%，遠遠超過標準ASTM F1472中設定的10%?標。屈服強度輕松滿?860MPa的最低驗收標準，平均達到980MPa以上。此外，伸?率的取向依賴性僅為約2個百分點，屈服強度的取向依賴性?于20MPa。

結論

從以上對比可以看出，基于Smart Fusion熱管理工藝打印的零件并不會因能量的動態輸入而造成質量和性能下降。尤其以鎳基高溫合金和鈦合金這兩種在航空航天和能源領域極具代表性的材料作為測試對象，更可說服用戶放心使用。

EOS憑借先進的3D打印技術已經達到了優秀的工業成熟度，使其成為目前唯一一家提供符合TRL成熟度等級的工藝的制造商，從而在航空航天等領域備受信賴。

注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。

歡迎轉發

千人行業專家交流Q群：248112776

1.

2.

3.

4.