一、 核心作用：创造并维持惰性气氛
与激光切割中作为“辅助气体”不同，在3D打印中，氮气（有时也用氩气）的核心作用是 “替换整个打印腔体内的空气” ，建立一个 低氧（Low-Oxygen）甚至无氧的惰性打印环境。这对于许多活性金属和高性能材料的打印是必不可少的。
二、 具体应用与功能
1. 在金属3D打印中的应用
金属3D打印（如SLM选择性激光熔化、EBM电子束熔化）是其最主要、最严格的应用场景。
· 防止金属氧化与氮化： · 氧化：高温熔融的金属粉末（如钛合金、铝合金、高强度钢、镍基高温合金）在空气中会迅速氧化，形成杂质，导致打印部件内部产生孔隙、裂纹，力学性能（如疲劳强度、延展性）严重下降，甚至打印失败。 · 氮化：对于钛合金等材料，虽然氮气是惰性的，但在极高温度下，仍可能发生微量氮化。因此，对于极高要求的航空级钛合金打印，有时会使用更惰性的氩气。但对于绝大多数应用，高纯度氮气已完全满足要求。 · 功能：制氮机持续向密封成形舱内充入高纯度氮气，将氧气含量控制在极低水平（通常要求低于100 ppm，甚至10 ppm以下），确保金属在熔化和凝固过程中保持纯净。· 保证粉末质量： · 打印前和打印过程中，舱内的惰性环境可以防止金属粉末（尤其是超细粉末）受潮和氧化。氧化了的粉末流动性会变差，影响铺粉均匀性，且不能回收使用，造成巨大浪费。 · 氮气环境是粉末可回收利用的前提条件之一。· 提高工艺稳定性和零件一致性： · 稳定的惰性气氛是工艺参数（如激光能量吸收、熔池动力学）稳定的基础。氧气含量的波动会直接导致熔池行为不稳定，从而影响每一层、每一个零件的质量一致性。
2. 在聚合物/SLS 3D打印中的应用
在选择性激光烧结技术中，用于烧结尼龙（PA）、TPU等聚合物粉末。
· 防止材料氧化与降解： · 聚合物粉末在高温激光烧结时，如果处于空气中，会发生热氧化降解，导致材料变黄、力学性能劣化、产生异味甚至有毒气体。 · 充入氮气可以显著延缓这一过程，提高打印件的机械性能（如强度、韧性）和外观质量，并允许使用更高的激光功率以获得更好的烧结效果。· 消除火灾风险： · 细化的聚合物粉末在高温和富氧环境下有粉尘爆炸和燃烧的潜在风险。氮气环境能有效隔绝氧气，是至关重要的安全防护措施。
3. 在特定打印技术中的应用
· 粘结剂喷射技术：部分金属或陶瓷的粘结剂喷射打印，在后期的烧结脱脂阶段，也需要在氮气等保护气氛炉中进行，以防止氧化。· DED定向能量沉积：类似于金属3D打印，在打印熔覆过程中，需要氮气或氩气进行局部或整体保护。
三、 使用制氮机相较于外购气体的优势
与激光切割行业类似，优势同样明显：
1. 成本效益：金属3D打印设备运行时间长，氮气消耗量大且要求持续稳定。现场制氮的长期成本远低于频繁更换液氮罐或高压气瓶。对于拥有多台打印设备的企业，节约尤为显著。2. 供气纯度与稳定性：制氮机（尤其是PSA制氮机）可产出恒定高纯度（如99.999%或更高） 的氮气，确保打印舱内氧含量始终处于安全阈值以下。外购气瓶可能存在批次纯度差异和压力末期下降的问题。3. 安全与便利：消除了大量高压气瓶或液氮罐的存储、搬运风险和物流管理成本。可实现无人值守，自动化供应。4. 按需生产，灵活可控：可根据打印任务的需求（如打印钛合金需要更高纯度，打印某些钢材要求可稍低），灵活调节和保证相应的氮气品质。
四、 选型与技术要点
对于3D打印，制氮机的要求通常比激光切割更高、更严格：
1. 极高的纯度要求： · 金属3D打印（钛合金、铝合金等）：通常要求氮气纯度≥99.999% （5个9），对应氧含量≤10 ppm。这是核心指标。 · 聚合物SLS打印：要求可稍低，但通常也需≥99.5%，且关键是要控制氧含量在低百分比范围（如<0.5%）。2. 流量与压力的稳定性： · 流量需满足打印舱容积的多次置换（初始置换）和持续微正压保持（打印过程中补充）的需求。 · 压力需平稳，波动过大会干扰精密铺粉过程。3. 配套与集成： · 深度净化：制氮机后端通常需要串联高精度脱氧装置和精密过滤器，以确保进入打印舱的气体万无一失。 · 在线监测：必须配备高灵敏度氧分析仪，实时监测并反馈打印舱内的氧含量，并与制氮系统联动。 · 压缩空气品质：前端的压缩空气必须无油、干燥、洁净，否则会污染碳分子筛和整个气体管路。
与激光切割中作为“辅助气体”不同，在3D打印中，氮气（有时也用氩气）的核心作用是 “替换整个打印腔体内的空气” ，建立一个 低氧（Low-Oxygen）甚至无氧的惰性打印环境。这对于许多活性金属和高性能材料的打印是必不可少的。
二、 具体应用与功能
1. 在金属3D打印中的应用
金属3D打印（如SLM选择性激光熔化、EBM电子束熔化）是其最主要、最严格的应用场景。
· 防止金属氧化与氮化： · 氧化：高温熔融的金属粉末（如钛合金、铝合金、高强度钢、镍基高温合金）在空气中会迅速氧化，形成杂质，导致打印部件内部产生孔隙、裂纹，力学性能（如疲劳强度、延展性）严重下降，甚至打印失败。 · 氮化：对于钛合金等材料，虽然氮气是惰性的，但在极高温度下，仍可能发生微量氮化。因此，对于极高要求的航空级钛合金打印，有时会使用更惰性的氩气。但对于绝大多数应用，高纯度氮气已完全满足要求。 · 功能：制氮机持续向密封成形舱内充入高纯度氮气，将氧气含量控制在极低水平（通常要求低于100 ppm，甚至10 ppm以下），确保金属在熔化和凝固过程中保持纯净。· 保证粉末质量： · 打印前和打印过程中，舱内的惰性环境可以防止金属粉末（尤其是超细粉末）受潮和氧化。氧化了的粉末流动性会变差，影响铺粉均匀性，且不能回收使用，造成巨大浪费。 · 氮气环境是粉末可回收利用的前提条件之一。· 提高工艺稳定性和零件一致性： · 稳定的惰性气氛是工艺参数（如激光能量吸收、熔池动力学）稳定的基础。氧气含量的波动会直接导致熔池行为不稳定，从而影响每一层、每一个零件的质量一致性。
2. 在聚合物/SLS 3D打印中的应用
在选择性激光烧结技术中，用于烧结尼龙（PA）、TPU等聚合物粉末。
· 防止材料氧化与降解： · 聚合物粉末在高温激光烧结时，如果处于空气中，会发生热氧化降解，导致材料变黄、力学性能劣化、产生异味甚至有毒气体。 · 充入氮气可以显著延缓这一过程，提高打印件的机械性能（如强度、韧性）和外观质量，并允许使用更高的激光功率以获得更好的烧结效果。· 消除火灾风险： · 细化的聚合物粉末在高温和富氧环境下有粉尘爆炸和燃烧的潜在风险。氮气环境能有效隔绝氧气，是至关重要的安全防护措施。
3. 在特定打印技术中的应用
· 粘结剂喷射技术：部分金属或陶瓷的粘结剂喷射打印，在后期的烧结脱脂阶段，也需要在氮气等保护气氛炉中进行，以防止氧化。· DED定向能量沉积：类似于金属3D打印，在打印熔覆过程中，需要氮气或氩气进行局部或整体保护。
三、 使用制氮机相较于外购气体的优势
与激光切割行业类似，优势同样明显：
1. 成本效益：金属3D打印设备运行时间长，氮气消耗量大且要求持续稳定。现场制氮的长期成本远低于频繁更换液氮罐或高压气瓶。对于拥有多台打印设备的企业，节约尤为显著。2. 供气纯度与稳定性：制氮机（尤其是PSA制氮机）可产出恒定高纯度（如99.999%或更高） 的氮气，确保打印舱内氧含量始终处于安全阈值以下。外购气瓶可能存在批次纯度差异和压力末期下降的问题。3. 安全与便利：消除了大量高压气瓶或液氮罐的存储、搬运风险和物流管理成本。可实现无人值守，自动化供应。4. 按需生产，灵活可控：可根据打印任务的需求（如打印钛合金需要更高纯度，打印某些钢材要求可稍低），灵活调节和保证相应的氮气品质。
四、 选型与技术要点
对于3D打印，制氮机的要求通常比激光切割更高、更严格：
1. 极高的纯度要求： · 金属3D打印（钛合金、铝合金等）：通常要求氮气纯度≥99.999% （5个9），对应氧含量≤10 ppm。这是核心指标。 · 聚合物SLS打印：要求可稍低，但通常也需≥99.5%，且关键是要控制氧含量在低百分比范围（如<0.5%）。2. 流量与压力的稳定性： · 流量需满足打印舱容积的多次置换（初始置换）和持续微正压保持（打印过程中补充）的需求。 · 压力需平稳，波动过大会干扰精密铺粉过程。3. 配套与集成： · 深度净化：制氮机后端通常需要串联高精度脱氧装置和精密过滤器，以确保进入打印舱的气体万无一失。 · 在线监测：必须配备高灵敏度氧分析仪，实时监测并反馈打印舱内的氧含量，并与制氮系统联动。 · 压缩空气品质：前端的压缩空气必须无油、干燥、洁净，否则会污染碳分子筛和整个气体管路。
