法国戴高乐航母金属零件竟然用的是FDM3D打印？

AM易道分享

说起航母上的金属零件，多数人想到的是机床、焊枪，或者工业级的激光金属打印机。

可法国戴高乐号核动力航母从2026年初开始试用的金属3D打印设备，用的是FDM打印机，跟很多人打塑料小玩具的机器是同一类技术。

上图是法国唯一的航母戴高乐号，舰长261米，排水量约4.2万吨。

吃进去的是一卷灰色线材，喷嘴只有110到150摄氏度，挤出来的料一层层堆成零件形状。

和打塑料的区别在线材。

九成多的重量是不锈钢粉，塑料部分只是把钢粉粘在一起。

打出来的毛坯还不是金属，要先把塑料脱掉，再进1350度的炉子烧结，出炉才是一个不锈钢零件。

业内把这条路线叫金属FDM，也叫金属材料挤出，打印、脱脂、烧结三步走完。

它的原料本质上是把金属注射成形的喂料做成了线材。

最大的卖点是打印这一步足够简单，没有激光，没有飞扬的金属粉，普通打印机就能干。

这套方案叫Zetamix，出自法国材料公司Nanoe。

法国海军集团Naval Group和法国舰队支援局SSF选中它，放上戴高乐号做为期数月的海上试验。

金属FDM三步走：打印、脱脂、烧结

第一步是打印。

按Zetamix公开的316L数据表，线材里92%的重量是不锈钢粉，按体积算约占六成，其余是塑料粘结剂。

打出来的零件叫生坯，还不是金属。

线材软而易断，官方推荐直驱挤出的机型。

第二步是脱脂，把塑料部分去除。

生坯先在40摄氏度的丙酮里泡24小时，溶掉一部分粘结剂，内部留下贯通的细孔。

然后进炉，在氩气加2.5%氢气的保护气里，从50度开始每小时只升10度，慢慢爬到650度，把剩下的粘结剂烧干净。

升温这么慢，是为了让分解出来的气体顺着细孔排掉，不至于把零件撑裂。

第三步是烧结。

炉温以每小时50度继续升到1350度，保温两小时。

这个温度接近但低于316L的熔化温度，钢粉不会化成液体，颗粒之间靠原子扩散长到一起，孔隙收拢，零件整体缩小一圈。

上面新闻稿配图里的Zetasinter烧结炉。

左边那只带格栅的金属圆筒是装料口，零件放进炉管，在保护气里完成脱脂和烧结。

按这份公开参数粗算，光是丙酮浴、热脱脂和烧结就要一百个小时上下，四天多，还没算打印和降温。

什么材料，收缩多少，密度多少

新闻稿只说上舰的是钢线材，没有写牌号。

Zetamix目前公开的金属线材有三种：

316L不锈钢，耐海水腐蚀，船上最常见；

17-4PH沉淀硬化不锈钢，更硬更强，耐蚀性不如316L；

H13热作模具钢，原本用来做模具和工装。

烧结带来的第一个问题是收缩。

钢粉颗粒挤到一起，零件每个方向都会变小。

Zetamix不同版本的资料里，316L的线收缩在11.5%到15%上下，竖直方向和水平方向略有差别。

所以打印前要在切片软件里把模型整体放大，放大多少的把握直接决定最终尺寸准不准。

第二个问题是致密度。

Zetamix官方给出的烧结致密度是90%以上。

相比来说激光熔化出来的钢件通常接近全致密。

已有研究拿别家同类线材做的316L和17-4PH试样，和激光粉床熔化的试样对比，拉伸强度和疲劳强度都明显偏低。

孔隙是裂纹最容易萌生的地方，这一条直接划定了它能做零件种类的工程边界。

能做什么零件？

新闻稿配的两张样件照片是Zetamix自己的演示件，不是舰上打印的，但能看出这条工艺擅长什么。

可以看到Zetamix用这套方案做的金属样件。

上面一排是叶片弯曲的小叶轮，中间有细小的链节，下方有开瓶器、带齿圈的法兰座和积木块。

这张图可以看到从烧结炉圆筒装料口抽出的白色托盘，上面放着叶轮、锥齿轮和带散热鳍片的小件。

从工艺特点能大致划出边界。

尺寸受炉管限制，Zetamix官网上的Zetasinter 4L炉管内径140毫米，温度均匀的恒温区只有30厘米长，放不下大件。

强度受致密度限制，受压管路、承受反复冲击和振动的零件、关系到安全的部件，都不太适合。

荷兰海军公开给过一个数字，一艘典型舰艇出海要带约3万个备件，从发动机部件到淋浴排水盖都有。

其中大量是把手、卡扣、盖板、小齿轮、支架、工装夹具这类不承重或轻承重的小金属件，坏了不致命，缺了却得长期等补给。

戴高乐号这次要用来3D打印的，很可能是这一类。

为什么上舰的不是激光金属3D打印机

戴高乐号不是第一次和3D打印打交道。

2019年2月，它在大修后装上了第一台FDM塑料打印机，水兵的说法是打五金店里能买到的那类小东西，不涉及飞机和舰船的关键部件。

这次的新闻稿也提到，舰上已经有好几台3D打印机。

金属这一步，法国海军曾经优先选择的是激光路线。

2024年5月17日，戴高乐号在Ursa Minor演习中，飞行甲板上一个锁止机构坏了，库存里没有备件，官方称这给船员带来了安全风险。

舰上把图纸发回岸上增材中心，用Meltio公司的M450打出替换件送上舰，只做了少量机加工。

M450是激光熔丝定向能量沉积DED，钢丝送进激光熔池直接熔化，零件致密度比FDM要高得多。

两年后真正公开上舰的，却是FDM+烧结路线。

Nanoe首席执行官Guillaume de Calan提到，这套设备相对好搬运，对基础设施要求不高。

上舰之前，Naval Group在增材制造中心测了几个月，未来如果上舰试验成功的话，设备会留在舰上。

虽然FDM操作不难，但烧结这部分的炉子对船也有一定要求。

按Zetamix管式烧结炉的操作手册，烧钢件要用含氢不超过2.9%的氩氢混合气，每炉至少消耗2.5立方米，工作区要有每小时500立方米的独立排风，建议配氧浓度监测。

再加上一桶丙酮和6千瓦的炉子功率，舱室、气瓶、通风都得专门安排。

这些可能正是海上试验要摸清的。

3D打印的价值

法国海军的应用简单看有两类。

激光DED在岸上，做致密、相对大尺寸、力学性能要求更高的件；而FDM+烧结设备放在舰上，做小而多、承力要求不高的件。

烧结路线的门槛相对低、成本不高。

按公开信息，Zetasinter 4L烧结炉零售约几万欧元，打印机就是普通FDM机型的价位，放在一艘核航母的开销里几乎可以忽略。

金属FDM3D打印不是新点子。

早在96年，就有研究者用17-4PH不锈钢粉做过可挤出的线料。

真正把它推到台前的，是Desktop Metal，自其25年申请破产保护之后，桌面FDM金属的故事，在资本市场上几乎讲崩了。

我们觉得问题在于场景。

办公室/工作室/打印工厂里的工程师如果要因为打印+脱脂+烧结等一个零件几天时间，还得在楼里摆一台要通氢气的炉子，这个场景挺怪的。

更何况时间、价格、性能均逊于LPBF。

但其放在军舰这类的地方应用一直没停，除了戴高乐航母我们曾经也看过很多DM或者Markforged的军事应用。

顺着这条线看，金属FDM最有前景的客户，来自90%的致密度够用，3-4天的周期也能接受，且LPBF不太适宜的地方。

军舰是典型。

激光粉末床每层只铺几十微米厚的粉，要惰性气体保护，要专门的粉末间和防护，在一艘会摇晃、空间寸土寸金的船上，这些条件较难伺候。

金属FDM的金属粉则被粘结剂裹在线材里，不飞不扬，打印机上了船，操作起来跟一台塑料机差不多，麻烦集中在一台炉子上，可以攒一炉零件一起烧，船上也不缺能源。

同样的逻辑，可能也适用于前沿基地、野外维修方舱、科考船和海上平台。

随着其他金属3D打印的技术愈发进步，金属FDM路线应在避开LPBF的细分领域做精方能有所大用。