What is 金屬3D打印 ？

　　金屬3D打印是屬於數字（zì）熱加工的（de）一（yī）項技術，目前製備金屬的3D打印技術主要（yào）有：選區（qū）激光熔化/燒（shāo）結（SLM/SLS)、電子束選區熔化（EBSM)、激光近淨成形（LENS)等。與傳統工藝相比，金屬（shǔ）3D打印有直（zhí）接成型，無需模具（jù），可以實現個性化設計並製作複雜結構，高效、低消（xiāo）耗（hào）、低成本等優點。但是因為其是數字熱加工，變形是無法消除的，變形量需要從工藝和經驗上去控製，最後還要經（jīng）過數控機床等技術（shù）的後期加工處理。

What are 金屬3D打印企業 at home and aboard ？

　　雖然說3D打印（yìn）在國內近幾年熱度才升起來，但就國際而言，3D打印發展早在20世紀80年代就已經興起了。國際範圍內，美國Argen Corporation(在（zài）牙科金屬材料領域（yù）尤其有實力），美國Carpenter Technology，德國Concept Laser, 英國（guó）CPM，德國EOS，意（yì）大利（lì）Legor Group，英國LPW Technology，美國Pyrogenesis(在（zài）國防領域尤其（qí）擅（shàn）長（zhǎng）），瑞典（diǎn）Sandvik，德國SLM Solutions等企業在各自的金屬打印領（lǐng）域提供了一（yī）係列的行業解決方案。相比國外，國（guó）內金屬3D打（dǎ）印材料大部（bù）分依賴進口，價格昂貴，這也促使國內致（zhì）力於3D打印金屬材料的企（qǐ）業和機構（gòu）自主研發金屬3D打印材（cái）料。

In where 金屬3D打印材料 be used ？

　　金屬3D打（dǎ）印材料的應用（yòng）領（lǐng）域相當廣泛，例如，石化工（gōng）程應用、航空航天、汽（qì）車（chē）製造、注塑模具、輕（qīng）金屬合金鑄造、食品加工、醫療、造紙、電力工業、珠寶、時裝等。

　　但是（shì），因為金屬3D打印材料（liào）本身的材料屬性，其都有特定的應用領域範圍，因此，金屬3D打印材料選擇的過程是一個（gè）權衡多個因素的過程。而且，3D打印金屬不能僅僅憑借金屬（shǔ）3D打印機的參（cān）數來衡定（dìng），每種金屬材料都有適合自身特（tè）性的極限點，包括應用、功能、穩定性、耐久性、美（měi）觀性、經濟性都是設計師要考慮的（de）因素。

　　現今，國內外金屬3D打印機采用的金屬粉末一般有：工具鋼、馬氏體鋼、不（bú）鏽鋼、純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳（niè）基合金、銅基合金、鈷鉻合金等。

1.工具鋼和馬氏體鋼

工具鋼

　　以工具鋼和馬氏（shì）體鋼為例，工（gōng）具鋼的適用性來源（yuán）於其優異的硬（yìng）度、耐磨性和抗形變（biàn）能力，以（yǐ）及在高溫下保持切削（xuē）刃（rèn）的能力。模具H13熱作工具鋼（gāng）就是其中一種，能夠承受不確定時（shí）間的工藝條件；馬氏（shì）體鋼，以馬氏體300為例，又稱（chēng）“馬氏體時效”鋼，在時效過程中的高強度（dù）、韌性（xìng）和尺寸穩定性（xìng）都是眾所周知的。他們（men）與其他鋼不（bú）同，因為他（tā）們是不含碳的（de），屬於金屬間化合（hé）物，通過豐富的鎳、鈷和鉬的冶金反應硬化。由於高硬度和耐磨性，馬氏體300才適用於許多模具的應用，例如，注塑（sù）模具、輕金屬合金鑄造、衝壓和擠壓等，同（tóng）時，其也廣泛應用於航空航天、高強度（dù）機身部件和（hé）賽（sài）車零部件。

2.不鏽鋼

不鏽鋼

　　不鏽鋼與（yǔ）碳鋼不（bú）同，目前的鉻含量不同，10.5%鉻含量最低的鋼合金，不鏽鋼不容易生鏽腐蝕。目前，應用於金屬3D打印的不鏽鋼主要有（yǒu）三種：奧（ào）氏體不鏽鋼316L、馬氏體不鏽鋼（gāng）15-5PH、馬氏體不（bú）鏽鋼17-4PH。

　　奧氏（shì）體不（bú）鏽（xiù）鋼316L，具有高強（qiáng）度和（hé）耐腐蝕性，可在很寬的溫度範圍下降到低溫，可應（yīng）用於航空航天、石化等多種工程應用，也可以用（yòng）於食品加工和醫療等領域。

　　馬氏體不鏽鋼15-5PH，又稱馬氏體（tǐ）時（shí）效（沉澱硬（yìng）化）不鏽鋼，具有很高（gāo）的強度、良好的韌性、耐腐蝕性，而且可以進一步的硬化，是（shì）無鐵素體。目前，廣泛應（yīng）用於航空航天、石化、化工、食品加工、造紙和金屬加（jiā）工業。

　　馬氏（shì）體不鏽鋼17-4PH，在高達（dá）315℃下仍具有高強度高韌性，而且耐腐蝕性超強，隨著激光加工狀態可以帶倆極佳的延展性。

3.合金

　　金屬3D打（dǎ）印材料應用最為廣泛的金（jīn）屬粉末合金主要有純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、鈷鉻合金、銅基合金等。

1）純鈦及鈦合金

鈦合金（jīn）

　　目前應用於市場的純鈦，又稱商業純鈦（tài），分為1級和2級粉體，2級強於1級，對於大多數的應用同樣具有（yǒu）耐腐蝕性。因為（wéi）純鈦2級具有良好的生物相容性，因此（cǐ）在醫療行業具有廣泛的（de）應用前景。

　　鈦是鈦合金（jīn）產（chǎn）業的關鍵。目前，應用於金屬（shǔ）3D打印的鈦合金主要是鈦合金5級和鈦合金（jīn）23級（jí），因為其優異的強（qiáng）度和韌性，結合耐腐蝕、低比重和生物相容性，所（suǒ）以在航空航天和汽車製造中具有（yǒu）非常理想的應用，而（ér）且，因為強度高、模量（liàng）低、耐疲勞（láo）性強，應用於生產生物醫學植（zhí）入物。鈦（tài）合金23級，純度（dù）更高（gāo），是神級一樣的牙科和醫療鈦品級。

2）鋁合金

鋁合金

　　目前，應用於金屬3D打印的鋁合金主要有鋁矽AlSi12和AlSi10Mg兩種。鋁矽12，是具有良好的熱性能的輕（qīng）質增材製造金屬粉末，可應用於薄壁零件如換（huàn）熱器或其他汽車零部件，還可應用於航空航天及航空工業級（jí）的原型及生產零部件；矽/鎂組合使鋁合金更具強度和硬度（dù），使其適用於薄壁（bì）以及複雜的幾何形狀（zhuàng）的零件，尤其是在具有良好的熱性能（néng）和低重量場合中。

3）鎳基合金

　　一般情況下，鎳基合金都具有良好的抗拉伸、抗疲勞和抗（kàng）熱疲（pí）勞性能。目前，主要有Inconel 738、Hastelloy X、Inconel 625、Inconel 713、Inconel 718等。

　　Inconel 738具有良好的高（gāo）溫蠕變斷裂強度，抗熱腐蝕性是較低鉻含量的超合金，可長期暴露於高達920-980℃的高溫腐蝕性的環境中，適（shì）用於飛機發動機、燃氣輪機。

　　Hastelloy X在高（gāo）溫（wēn）下（xià）具有高強度（dù）和抗氧（yǎng）化性，在高（gāo）達1200℃的（de）環境中，也具有良好的延展性，目前，主要應（yīng）用（yòng）於航空航天技術中，例如（rú）燃氣輪機部件和燃燒區組件如過渡管、燃燒器罐、噴杆（gǎn）、排氣管、加力燃燒室等；而且還因為具（jù）有耐應力腐蝕開裂的性能，應用於工業爐、石油化工及化學過程工業中。

　　Inconel 625在高（gāo）溫約815℃的條件（jiàn）下依然具有良好的負載性能（néng），而且耐腐蝕性強，廣泛應用於航空航（háng）天、化工及電力工（gōng）業中。

　　Inconel 713具有優異的抗熱疲勞性能，以及在927℃的特殊斷裂強度，適（shì）用於噴（pēn）氣發（fā）動機燃氣輪機葉片。

　　Inconel 718是基於鐵鎳硬化的超合金（jīn），具有良好的耐腐（fǔ）蝕性及耐（nài）熱、拉伸、疲勞、蠕變性，適（shì）用於各種高端應用，例如，飛機渦輪發動機和陸基渦（wō）輪機等。

4）鈷鉻合金

　　鈷鉻合金具有（yǒu）高強度、耐腐蝕性強、良好的生物相容性以及（jí）無磁性的性能，主要應（yīng）用於外科植入物包括合金人工關節、膝關（guān）節和髖關（guān）節，同時（shí）其還（hái）可用於發動機（jī）部（bù）件以及時裝、珠寶行業（yè）等。

5）銅基合金

青（qīng）銅粉

　　應用於市場（chǎng）的銅基合金，俗稱青銅，具有良好的導熱性和導電性，可以結合設計自由度，產生複雜的內部結構和冷卻通道（dào），適合冷卻更有效的工（gōng）具插入（rù）模（mó）具，如半導（dǎo）體器件，也可用於（yú）微型換熱器，具有壁薄、形狀複雜的特征（zhēng）。

What problem 金屬3D打印（yìn） has ？

　　就國內而言，在金屬3D打印領域具有較高權威的3D打印企（qǐ）業當屬西安鉑力特，公司一直專注於高性能致密金屬零件的（de）激光立（lì）體成（chéng）形製造（zào），以及金屬零件的激光修複再製（zhì）造，涵蓋各種鈦合金、高溫合金、不鏽鋼、模具鋼、鋁合金等材料。

　　據西安鉑力（lì）特區域經理周靈（líng）峰介紹，國內（nèi）的傳統製造業體量非常巨大，產品種類琳琅滿目，而（ér）3D打印作為一項前沿科技，遠遠談不上顛覆製造業，兩者是相輔相成、相互（hù）促進、協同（tóng）發（fā）展的。雖然，3D打印是一項自由結構製造的技術，但是，需要有很多加（jiā）工方法來規避3D打印後處理的的痛點。因此（cǐ），傳統製造（zào）業所使用的數控機床加工技術（shù）就顯得尤為重要，其與3D打印相得益彰，不同（tóng）的產品在利用這兩種技術時可以（yǐ）變化主導（dǎo）製造流程，塑造的產品會更加完美。

　　至於要真（zhēn）正加工一個近乎完美的金屬件，設備載體固然重要，但是需要軟件（jiàn）、工藝、材料相互（hù）協調，當然，用金屬3D打印機製造零部件或者加工產品，首先需要熟悉材料，然後（hòu）再談精密機械。而且，金屬打印，因為支（zhī）撐問題，會導致後（hòu）期零件無法（fǎ）加工，可能需要考慮更多材料成分的配比關係來迎合打印過程中其他因素對（duì）材料特性的影響。以3D打印航空航天（tiān）零部件為例，航空航天（tiān）上使用的金屬部件都（dōu）是在極端環境下的（de），具有強（qiáng）抗腐蝕性、耐高溫、金屬（shǔ）強度高的特點，如果不熟悉材料特征，如何利用（yòng）3D打印控製製造（zào）金屬零部件呢？因此，熟悉材料就顯得尤為重要。

　　另外，金屬3D打印材料成本較高，一（yī）方麵是因為國內（nèi）大部（bù）分（fèn）的金屬3D打印材料依賴進（jìn）口（kǒu），另一方麵，前期研發金屬打印新材料需要消耗大量的科研經費及人力、物力資源。但是，開發專用的金屬3D打（dǎ）印原材料是推動金屬（shǔ）3D打印發展的必（bì）然因素，而且，這也能催生（shēng）新產業的發展。

Summary

　　內行看門道（dào），外行看熱鬧。就國內金屬3D打印的發展現狀而言，中國還有很長（zhǎng）的路要走。據（jù）介（jiè）紹，我們看到，美國在走“互（hù）聯網+”，德國走“+互（hù）聯網”，然（rán）後中國以德為師，提（tí）出工業4.0。但是，我們要（yào）認識到，德國具有雄厚的工業基礎（chǔ）作為支撐，才（cái）提出製（zhì）造業+互聯網，相比而（ér）言，中（zhōng）國的製造業基礎還是薄弱的，而且研究基礎也不高，這也是製約金屬3D打印材料發展的關鍵因素之一。現今國家（jiā）提出“互聯（lián）網+製造業”，是希望把個人（rén）的因素融合進來，讓知識流動性加強，然後逐步推進“互聯（lián）網+製造業”，促進傳統製造（zào）業的轉型（xíng）升級，推動3D打印的快速（sù）發展。