研究人员系统比较了五种金属3D打印工艺在 H13 热作模具钢模具制造中的应用表现，包括烧结挤出、粘结剂喷射、激光粉末床熔融（LPBF）和定向能量沉积（DED）。研究从致密度、孔隙率、显微组织及热处理响应等方面进行评估，结果显示熔融型金属增材制造在密度和力学性能方面更具优势。该研究为工业模具、压铸与锻造领域在选择合适的 H13 金属3D打印工艺时提供了实用参考。
弗罗茨瓦夫理工大学的研究人员发表了一项对比研究，评估了五种金属增材制造方法在 H13 工具钢成形中的表现，结果显示，不同技术在致密度、显微组织以及对热处理的响应方面存在显著差异。该研究发表于期刊《Materials》，对基于丝材/粉末的挤出成形、粘结剂喷射、激光粉末床熔融（LPBF）以及定向能量沉积（DED）等工艺进行了比较，以评估它们在工业模具应用中的适用性。
H13 是一种被广泛应用于锻造、压铸和挤压模具的热作模具钢，其关键性能要求包括抗热疲劳、耐磨性以及在高温条件下的力学稳定性。尽管金属 3D 打印已经使诸如随形冷却水道等新型模具结构成为可能，但作者指出，针对 H13 工具钢、在统一评价标准下对多种增材制造路线进行系统比较的研究此前仍然缺乏。
研究对象包括两种商业化的熔融沉积成形并烧结（FDMS）系统、粘结剂喷射、激光粉末床熔融以及基于丝材的定向能量沉积。显微组织分析表明，烧结型工艺与熔融型工艺在材料内部结构上存在明显分界。
FDMS 样品表现出最高的孔隙率，约为 6% 至 9% 以上，孔洞和裂纹主要集中在层间界面和晶粒交汇处。粘结剂喷射工艺获得了明显更高的致密度，孔隙率约为 0.7%。LPBF 和 DED 工艺则制备出了接近全致密的零件，其孔隙率低于 0.1%。
由于内部缺陷含量较高，FDMS 样品被排除在后续热处理评估之外。研究人员认为，如此高水平的孔隙率将会影响硬度测试结果的可靠性，并在淬火过程中显著增加开裂风险。
针对粘结剂喷射、LPBF 和 DED 样品，研究开展了热处理实验，包括回火、淬火，以及按照工业 H13 标准温度进行的淬火加回火处理。
粘结剂喷射样品在成形后初始硬度较低，但对后处理表现出强烈响应，其最终硬度可达到与传统热处理 H13 钢相当的水平。作者将这一现象归因于烧结过程中引入的化学成分偏析，这种偏析在回火过程中促进了二次碳化物的析出。
LPBF 样品在成形完成后即表现出较高硬度，这反映了其快速凝固特征以及构建过程中反复经历的热循环。进一步的回火处理使硬度继续提升，表明在打印过程中并未完全实现原位回火。
DED 样品同样在成形后具有较高硬度，但其对后续热处理的响应方式有所不同。由于 DED 工艺具有更大的熔池尺寸和更慢的冷却速度，材料在成形过程中已发生较为充分的原位回火，从而限制了后续热处理所能带来的强化效果，在某些情况下甚至出现过度回火现象。
在综合考虑显微组织特征、硬度演变、沉积速率以及尺寸精度和设备成本等实际因素后，作者认为，没有任何一种金属增材制造方法能够在所有 H13 模具应用场景中占据绝对优势。
研究指出，LPBF 最适合用于对尺寸精度要求高、需要接近理论致密度以及稳定力学性能的高精度模具。DED 则被认为非常适合大型模具、模具修复以及更看重沉积效率而非表面质量的应用场景。粘结剂喷射被定位为一种可用于高精度、小批量生产的可行方案，但前提是生产规模能够支撑其较高的系统成本。
FDMS 虽然在可及性和设备成本方面最具优势，但研究认为，该工艺仅适用于能够接受较低致密度和较弱力学性能要求的应用场合。
金属增材制造已经在一些对热疲劳、耐久性和尺寸稳定性要求极高的生产模具中得到应用。在汽车压铸领域，金属 3D 打印使得传统机加工无法实现的随形冷却模具成为现实，从而在严苛工况下显著改善了模具的热管理性能。这些实际应用表明，熔融型金属增材制造模具能够满足高产量工业生产对性能和可靠性的严格要求，而这些应用通常要求材料具备完全致密的结构和可控的显微组织。
对于 H13 这类高性能工具钢而言，本研究表明，增材制造的最终性能不仅取决于材料化学成分，同样高度依赖于工艺所决定的热历史。尽管烧结型工艺在可及性方面具有一定优势，但要达到功能性模具所期望的致密度和力学完整性，仍然需要采用 LPBF 和 DED 等熔融型金属增材制造工艺。研究结果为制造商在具体应用驱动下选择合适的 H13 金属 3D 打印工艺提供了具有实践意义的参考依据。
