儘管金屬3D列印幾乎在各方面都擊敗了常見的FDM工藝，但塑料列印仍然在兩場戰役取得了勝利：加工成本及支撐去除難易性。目前金屬列印件支撐去除需要大量機加工（這有可能損毀產品本身），而通過可溶解支撐的方法大量研究者和製造商在保證塑料列印精度上已取得顯著成就（比如為ABS產品生成PLA支撐，支撐可在異丙醇與氫氧化鉀混合液中溶解，而不損傷ABS材料）。

然而，現在金屬在支撐去除方面也有可能取得勝利。因為研究人員剛剛完成了可溶性碳鋼結構的概念驗證，碳鋼可用作3D列印不鏽鋼的支撐。在這第一次可溶性金屬支撐解決方案中，碳鋼通過基於硝酸和氧氣泡的電化學方法去除掉，而且不會對不鏽鋼起作用。

這項重大突破在名為「Dissolvable Metal Supports for 3D Direct Metal Printing」的論文中有詳細介紹，論文中金屬列印件有90度的懸臂結構。根據文章的作者Owen Hildreth（亞利桑那州立大學）、Abdalla Nassar、Timothy Simpson（賓夕法尼亞州立大學）以及Kevin Chasse（海軍水面作戰中心）研究成果，這項突破可為金屬3D列印的重大變革鋪平道路。特別是會大量減少後處理工作量，使得通過3D列印生產非常複雜金屬件成為現實。

根據研究人員解釋，真正的製造突破在於懸臂結構的表面，這些伸出結構需要支撐來使熱變形量最小。不幸的是，這會導致後處理需要大量機加共來去除支撐。他們披露已有一個可溶金屬支撐先例：犧牲陽極。犧牲陽極常用於保護重要部件不發生原電池腐蝕，不論是位於同一電解質的兩種互相接觸金屬還是一種材料不同部位位於不同電解質（比如船體位於水面上下部分）。發生陽極氧化的材料具有更負的還原電位，它會優先於零件材料被氧化。

將這一概念應用到金屬3D列印上，他們使用了耐化學腐蝕的結構材料（AISI 431不鏽鋼）和耐腐性較低的支撐材料（Metco 91低碳鋼）。取代海洋鹽水，溶解低碳鋼用的是硝酸溶液。「不鏽鋼具有優異的耐硝酸腐蝕性能，而碳鋼能夠迅速被硝酸化學溶解。」他們說。

為了說明這一重要過程，他們使用Optomec LENS MR-7 3D印表機列印了一個概念驗證的橋形結構。該印表機有兩個送粉器，使用的是直接能量沉積（DED，Directed Energy Disposition）3D列印技術。在DED成型系統中，金屬粉末或線材被送入熔池，藉助激光或者電子束成型。「添加的材料進入熔池，通過相對能量/材料沉積噴頭移動基板來逐層列印零件。」他們解釋。

他們特意列印了一個實體鋼塊，零件中間1/3是低碳鋼組成的，周圍三側（包括頂部）是由不鏽鋼沉積的。3D列印完成後，塊體在硝酸溶液中進行電化學腐蝕——剛開始沒有通入氧氣。「在電化學分解前，立即把樣品放於丙酮，然後異丙醇，最後N2乾燥。」他們補充道。

但是最初的結果並不像你所預期的那麼讓人滿意，因為酸液並沒有精確地腐蝕穿透碳鋼。「對實際應用來說腐蝕速度太慢了，碳鋼兩端各腐蝕掉1.4mm花費了10小時間。」他們說道，這一結果可以通過上面4b圖看到。「通過向零件碳鋼區域鼓入氧氣泡，我們顯著提高了腐蝕的效率。O2幫助破壞鈍化碳鋼，腐蝕電流形成。它顯著提高了腐蝕的速度，剩下7mm碳鋼區域在6小時內溶解掉。」他們揭露。

通過這樣一小小改動，可溶性支撐結構突然變得可行。「這種獨一無二的方法給DED 3D列印技術帶來了新功能，顯著減少了這類3D列印金屬件後處理所需要的工作。」研究人員們稱：「這些陽極犧牲材料將使得通過使用可溶性的支撐，DED和其他金屬沉積系統（如送入線材和PBF）能夠列印具有任意懸臂結構、任意複雜形狀的零件。」

事實上，他們相信通過使用特定的化學溶液，同樣的原理可以應用於更廣泛的金屬甚至氧化物。但是顯然有幾個要必須滿足的條件。「具體來說，陽極犧牲材料必須與零件材料在冶金上要兼容——它們必須有相似的晶體結構、相似的導熱性能、相似的熱膨脹係數，並且應避免形成不需要的金屬間化合物。這種兼容性保證犧牲陽極和產品界面具有足夠的力學強度，以處理DED金屬列印過程中的極端熱循環引起的應力。」他們說:「此外，還必須確定一種腐蝕性電解質，這種電解質能夠以相當高的選擇性（需要>100：1）來溶解犧牲陽極材料。」

但是如果這些條件能夠滿足，這項突破必然能為更多金屬3D列印鋪平道路。MIT的Skylar Tibbits同樣非常看好這一方法。「這種直接能量沉積技術的革命性新方法使用可溶性金屬支撐，沒必要通過機加工來去除陽極犧牲材料，為新類型的應用創造了機會。」他說道：「我非常期待這項研究能給金屬3D列印的未來帶來哪些影響。」


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