What is 金屬3D打印 ？

　　金屬3D打印是屬（shǔ）於數字（zì）熱（rè）加工的（de）一項技術，目前製備（bèi）金屬的3D打印技術主要（yào）有：選區激光熔化/燒結（SLM/SLS)、電（diàn）子束選（xuǎn）區（qū）熔化（EBSM)、激光近淨成形（LENS)等。與傳統工藝相比（bǐ），金屬3D打印有直接成型，無需（xū）模具，可以實現個性化設計並（bìng）製作複雜結構，高效、低消耗、低成本等優點。但是因為其是數字熱加（jiā）工，變形（xíng）是無法消除（chú）的，變形量需要從工藝和經驗上去（qù）控製，最後還要經過數控機床等技術的後期加工處理。

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

　　雖然說3D打印在國內（nèi）近幾年熱度才升起來，但就國際（jì）而言，3D打印發展（zhǎn）早在20世紀80年代就（jiù）已經興起了。國際範圍（wéi）內（nèi），美國Argen Corporation(在牙科金屬材料（liào）領域尤其有（yǒu）實力（lì）），美（měi）國Carpenter Technology，德國Concept Laser, 英國CPM，德國EOS，意大利Legor Group，英國LPW Technology，美國Pyrogenesis(在國防領域尤其擅長），瑞典Sandvik，德國SLM Solutions等企業在各自（zì）的金屬打印領域提供了一係（xì）列的行（háng）業解決方案。相比國外，國內金屬3D打印（yìn）材（cái）料大部分依賴進（jìn）口，價格昂貴，這也（yě）促使國內致力於3D打印（yìn）金屬材（cái）料的企業和機構（gòu）自主研（yán）發金屬3D打印材料。

In where 金屬3D打（dǎ）印材（cái）料 be used ？

　　金屬（shǔ）3D打印材料的應（yīng）用（yòng）領域相當廣泛，例如，石化工程（chéng）應用、航空航天、汽（qì）車製造、注塑模具、輕金屬合金鑄造、食品加工、醫療、造紙、電力工業、珠寶、時裝等。

　　但是，因為金屬3D打印材料本身（shēn）的材料屬（shǔ）性，其都有特定的應（yīng）用領域範圍，因此，金屬3D打印材料（liào）選擇的過程是一個權衡多個（gè）因素（sù）的（de）過程（chéng）。而且，3D打印金屬不能僅僅憑借金（jīn）屬3D打印機的參數來衡定，每種金（jīn）屬材料都有適合自（zì）身特性的極限點，包括應（yīng）用、功能、穩（wěn）定性、耐久性、美（měi）觀性、經濟性都是設計師要考慮的因素。

　　現今，國內外金屬3D打印機采用的金（jīn）屬粉末一（yī）般有：工具鋼、馬氏體鋼、不鏽鋼、純鈦及鈦合金、鋁合（hé）金、鎳基合金、銅基合（hé）金（jīn）、鈷鉻合金等。

1.工（gōng）具（jù）鋼和馬氏體鋼

工具（jù）鋼

　　以工（gōng）具鋼和馬氏體鋼（gāng）為例（lì），工具鋼的（de）適（shì）用性來（lái）源於其優異的硬度、耐（nài）磨性和抗形（xíng）變能力，以及在高溫下（xià）保持切削刃的能力。模具H13熱（rè）作工具鋼就是其中一種，能夠承受不（bú）確定時間的工藝條件；馬氏體鋼，以馬氏體300為例，又稱“馬氏體時效”鋼，在時效過程中的高強度、韌性和（hé）尺寸穩定性都是眾所周知的。他（tā）們與其他鋼（gāng）不（bú）同，因為他們是不含碳的，屬（shǔ）於金屬間化合（hé）物，通過（guò）豐（fēng）富的鎳、鈷和鉬的冶金反應硬化。由於高硬度和耐磨性，馬（mǎ）氏體300才適用於許多模具的應用，例（lì）如，注塑模具、輕金屬合金鑄造、衝壓和（hé）擠壓等（děng），同時，其也（yě）廣泛應用於航空航天、高強度機身部件（jiàn）和賽車零（líng）部件。

2.不鏽鋼

不鏽（xiù）鋼

　　不（bú）鏽（xiù）鋼（gāng）與碳（tàn）鋼不同，目（mù）前的鉻含量不同（tóng），10.5%鉻含（hán）量最低的鋼合金，不鏽鋼不容（róng）易生鏽腐蝕。目（mù）前，應用於金屬3D打印的不（bú）鏽鋼主要有三種：奧氏體不鏽鋼316L、馬（mǎ）氏體不鏽鋼15-5PH、馬氏體不（bú）鏽鋼17-4PH。

　　奧氏體不鏽鋼316L，具有高強度和耐腐蝕性，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，也可以用於食品（pǐn）加工和醫療等（děng）領域。

　　馬氏體不鏽鋼15-5PH，又稱（chēng）馬氏體時效（xiào）（沉澱硬化）不鏽鋼，具有（yǒu）很高的強度、良好的（de）韌性、耐腐蝕性，而且可（kě）以進一步的硬化（huà），是無鐵素體。目前，廣泛應（yīng）用於航空航（háng）天（tiān）、石（shí）化、化工、食品加工（gōng）、造紙和金屬加工業。

　　馬氏體不鏽鋼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（zhǎn）性。

3.合（hé）金

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

1）純鈦及鈦合金

鈦合金

　　目前應用（yòng）於市場的純鈦，又稱商業純鈦，分為1級和2級粉體，2級（jí）強於1級，對於大多數（shù）的應用同樣具有耐腐蝕性。因（yīn）為純鈦2級具有（yǒu）良（liáng）好的生物（wù）相（xiàng）容性，因此在醫療行業具有廣泛的應用前（qián）景。

　　鈦是鈦合金產業的關鍵。目前，應用於金屬3D打印的鈦合金主（zhǔ）要是鈦合（hé）金（jīn）5級和鈦合金23級（jí），因為其優異的強度和韌性，結合耐（nài）腐蝕、低比重和生物相容性，所以在航（háng）空航（háng）天和汽車（chē）製造中具（jù）有非常（cháng）理想的應用，而且（qiě），因為強度高、模量低、耐疲勞性強，應用（yòng）於生產生物醫學植入物。鈦合金23級，純度（dù）更高，是神級一樣的牙科（kē）和醫療鈦品級（jí）。

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（zhǒng）。鋁矽12，是具有良（liáng）好的熱性能的輕質增材（cái）製造金屬粉（fěn）末，可應（yīng）用於（yú）薄壁零件如換熱器或其他汽車零部（bù）件，還可應用於航空航天及航空工業級（jí）的原（yuán）型（xíng）及生（shēng）產零部件；矽/鎂組合使鋁合金更具強度和硬度（dù），使其（qí）適用於薄壁以及複雜的幾何形狀（zhuàng）的（de）零件，尤其是在具有良（liáng）好的熱性（xìng）能和低重量場合中（zhōng）。

3）鎳（niè）基合金

　　一般情（qíng）況下，鎳基合金都具有良（liáng）好（hǎo）的抗拉伸、抗疲（pí）勞和抗熱疲（pí）勞性能。目前，主要有Inconel 738、Hastelloy X、Inconel 625、Inconel 713、Inconel 718等。

　　Inconel 738具（jù）有良好（hǎo）的高溫蠕變斷裂強度，抗熱腐蝕性（xìng）是較低（dī）鉻含量（liàng）的超（chāo）合金，可長期暴露於（yú）高達920-980℃的高（gāo）溫腐蝕性的環（huán）境中（zhōng），適用於飛（fēi）機發動（dòng）機、燃氣輪機。

　　Hastelloy X在高溫下具有高強度和抗氧化性，在高達1200℃的環境中，也（yě）具有良好的（de）延展性（xìng），目前，主（zhǔ）要應用於航空（kōng）航天技術中，例如燃氣輪機部件和燃燒區組件如（rú）過渡管、燃燒（shāo）器罐、噴（pēn）杆、排氣管、加力燃燒室等；而且（qiě）還因為具有耐應力腐蝕開裂的性能，應用於工業爐、石油化工及（jí）化學過程工業中。

　　Inconel 625在（zài）高（gāo）溫約815℃的（de）條件下依然（rán）具有良好的負載性能，而且耐（nài）腐蝕（shí）性強，廣泛應用於航空航天、化工及電力工業中（zhōng）。

　　Inconel 713具有優異的抗熱疲（pí）勞性能，以及在927℃的特殊斷裂（liè）強度（dù），適用於噴氣發動機燃氣輪機葉片。

　　Inconel 718是基於鐵鎳硬化的超合金，具有良好的耐腐蝕性及耐熱、拉伸、疲勞、蠕變性，適用（yòng）於各種高端應用，例如，飛機渦輪發動機和陸基（jī）渦輪機等。

4）鈷（gǔ）鉻合（hé）金

　　鈷鉻合金具有高強（qiáng）度、耐腐蝕性強、良好的生物相容性以及無磁性的性能，主要應用於外科植入物包括合金人工關節、膝關節和髖關節，同時其還可用於（yú）發動機部件以及時裝、珠寶行業等。

5）銅基（jī）合金

青銅粉

　　應用（yòng）於市場的銅基合金，俗稱青銅，具有良好的導熱性和導電性，可以結合設計（jì）自（zì）由度（dù），產生複雜的內部結構和冷卻通道，適合冷卻更有效的工具插入模具，如半（bàn）導體器件，也可用於（yú）微型換熱器，具有壁薄、形狀複雜的特征。

What problem 金屬3D打印 has ？

　　就國內而言，在金屬3D打印（yìn）領域具有較高權（quán）威的3D打印企業（yè）當（dāng）屬西安鉑（bó）力特，公司一直專注於高（gāo）性能（néng）致密（mì）金屬零件的激光立體（tǐ）成形製造（zào），以及金屬零件的激（jī）光修複再製造，涵蓋各種（zhǒng）鈦合金、高溫合金（jīn）、不（bú）鏽（xiù）鋼、模具鋼、鋁合金等材料。

　　據西安鉑力特區域經理周靈峰介紹（shào），國內的傳統製造業體量（liàng）非（fēi）常巨大（dà），產品種類琳琅滿目，而3D打印（yìn）作為一項前（qián）沿科技，遠遠談不上顛覆製造業，兩者是相輔相成、相互促進、協同發展的。雖然，3D打印是一項自由結構製造的技術，但是，需要有很多加工方法來（lái）規避3D打印後處理的的痛點。因此，傳統製造業所使用的數控機床加工（gōng）技術就顯得尤為重（chóng）要，其與3D打印相得益彰，不同的產品在利用這兩種技術時可以（yǐ）變化主導製造流程（chéng），塑造的產品會更加完美。

　　至於要真正加工一個近乎（hū）完美的金屬件，設備（bèi）載體（tǐ）固然重要，但是需要軟件、工藝、材料相互協調，當然，用金屬（shǔ）3D打（dǎ）印機製造零部件或（huò）者加工產品，首（shǒu）先需（xū）要熟悉材料，然後再談精密機械。而且，金屬打印，因為支撐問題，會導致（zhì）後期零件無法加工，可能需要考慮更多材料成分的配比關係來迎合（hé）打印過程中其他（tā）因素對材料（liào）特（tè）性的影響。以3D打印航空航天零（líng）部件為（wéi）例（lì），航空航天上使用的金屬（shǔ）部件都是在極端環境下（xià）的（de），具（jù）有強抗腐蝕性、耐高（gāo）溫、金屬強度高的特點，如果不熟悉材料特征，如何（hé）利用（yòng）3D打印控製製造（zào）金屬零部件呢？因此，熟（shú）悉材（cái）料（liào）就顯得尤為重要。

　　另外，金屬3D打印材料成本較高，一方麵是因為國內大部分的金屬3D打印材（cái）料依賴進口，另一（yī）方麵，前期研發金（jīn）屬打印新材料需要消耗大（dà）量的科研經費及人力、物力資源。但是（shì），開發專用的（de）金（jīn）屬3D打印原材料是推動金屬3D打印發（fā）展的必然因素（sù），而且（qiě），這也能催生新產業的發展。

Summary

　　內行看門道，外行看熱鬧。就國內金屬3D打印的發展現狀而言，中國還（hái）有很長的路要走。據介紹，我們看到（dào），美國在走“互聯網+”，德國走“+互聯網”，然（rán）後中國以德為師，提（tí）出（chū）工業4.0。但是，我們要認識到（dào），德國具有雄厚的工業基礎作為支撐，才提出製造業+互聯網，相比而言（yán），中（zhōng）國的（de）製造業基礎還是薄（báo）弱（ruò）的，而且研究基（jī）礎也不高，這也是製約金屬3D打印（yìn）材料發展的關鍵因素（sù）之一。現今國家提出“互（hù）聯網+製造業”，是希望把個人的因素融合進來，讓知識流動性加強，然後逐步推進“互聯網+製造業”，促進傳統製造業的轉型升級，推動3D打印的快（kuài）速發展（zhǎn）。