熔融金属沉积：被低估的铝合金3D打印路线

约翰霍普金斯大学部署了一台ValCUN Minerva，这是该机器在美国高校的首次落地。

机器本身75×150cm的占地面积，230cm高，额定功耗2.5kW。

这台机器用的技术叫熔融金属沉积（MMD），原理和FDM打印一脉相承，只是把塑料丝换成了铝焊丝。

铝丝送入加热腔，腔温700-900°C，铝熔化后从陶瓷喷嘴挤出，打印床温度维持在400-600°C，液态铝沿预设路径落在已固化层上，迅速凝固，层层堆积成型。

难点在于铝的表面张力低，熔融态流动性极强，要让它沉积在对的地方而不是到处铺开，需要精密的温度场控制。

设备的做法是在喷嘴区域引入氩气保护气幕，同时承担两个功能：

隔绝氧化，以及辅助约束熔池热场。

配合精确的床温管理，铝液在离开喷嘴后以可预测的方式凝固。

这套热控方案实现了最高70°的悬臂无支撑打印，打出的斯坦福兔子有约5mm悬挑跨距，靠自身结构撑住，无需任何支撑。

打印完成后，零件附着在铝制平台上，手推即可剥离。

整个工艺是单步流程，不需要脱粉、烧结、热等静压，也不需要机加分离。

打印腔体为直径125mm、高200mm的圆柱空间，目前支持AA4008、AA4043、6061、6082四种铝合金牌号，原材料直接用市售铝焊丝。

目前三块研究

第一块是微观结构表征。

MMD的热历史不同于LPBF的快速激冷，也不同于电弧增材的大热输入，具体产生怎样的晶粒形态、相分布和残余应力，需要系统测定。

第二块是可控破坏结构设计。

设计在特定位置引入应力集中，目的是控制裂纹萌生点和扩展路径，研究者通过几何设计让零件按预定方式破坏。

第三块是向含镁合金的工艺扩展。

现阶段的工艺窗口还局限在铝合金，镁合金打印参数开发是后续工作。

MMD在精度上不及LPBF，在尺寸上不及WAAM，打印腔体125mm的限制把大多数工业尺寸零件直接排除在外。

但铝合金的激光工艺有固有难题，铝对激光的反射率高，能量吸收效率低，高温梯度下开裂倾向明显，激光工艺能稳定打的铝合金基本集中在Al-Si体系，6系铝很难直接打。

MMD的熔融挤出方式绕开了这个问题，对Al-Si系合金天然友好，原材料用焊丝而非金属粉末，成本和安全门槛都低得多。

AM易道认为，这条技术路线现阶段的核心价值在研究端。

125mm的腔体、较少的工艺参数库、尚未找到规模验证的核心应用场景，这三件事决定了它目前不是生产工具，而是一个适合用来摸清铝合金增材工艺基本规律的研究平台。

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