3D打印，自20世紀90年（nián）代中期被（bèi）發明以來，在近幾年終於算是迎來了一個較受關（guān）注的高速（sù）發展時期。不論是國家政府部門，還是傳統企業（yè），都在積極促進3D打印與行業間的深度融合，以期推動3D打印的市場應用，帶動傳統行（háng）業的轉型升級（jí）。但是，從目前的實際情況來講，3D打印還沒有（yǒu）形成一個完善的產業鏈，製約它發（fā）展的原因有多種，其中3D打印材料的研發應用還不太成熟是一個較（jiào）為關鍵的因素。那麽，目前在3D打印材料中最受重視的金屬材料（liào），發展到了哪個階段呢，不妨跟隨小編的梳理一起來了（le）解一下。 

 

什麽是金屬3D打印？ 

 

金屬3D打印（yìn）是屬於數字熱加工的一（yī）項技術，目前製備金屬（shǔ）的3D打印技術主要有：選（xuǎn）區激光熔化（huà）/燒結（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3D打印有直接成型，無需模具，可以實現個性化（huà）設計（jì）並製作複雜結構（gòu），高效、低消耗、低成（chéng）本（běn）等優點。但是（shì）因為其（qí）是數字熱加工（gōng），變（biàn）形是無法（fǎ）消除（chú）的，變形量需要從工藝和經驗上去控製，最後還要經過數控（kòng）機床等技術的後期（qī）加工處理（lǐ）。 

 

國（guó）內外做金屬3D打印的企業有哪些？ 

 

雖然說3D打印在國內近幾年熱度才升起來，但就國際而言，3D打印（yìn）發展早在20世（shì）紀80年代就已經興起了。國際範圍內，美國Argen Corporation(在牙科金（jīn）屬材料領域尤其有實力），美國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（fáng）領域尤其擅長），瑞典Sandvik，德（dé）國SLM Solutions等（děng）企業在各自的金屬打（dǎ）印領域提供了一係（xì）列的行業解決方案。相比（bǐ）國外，國內金（jīn）屬3D打印材料大部分依賴進口（kǒu），價格昂貴，這也促使國內致（zhì）力於3D打印（yìn）金屬（shǔ）材（cái）料的企業和機構自主研（yán）發金屬（shǔ）3D打印材料，最具代表性的可提供金屬材料及服務的企業有西安鉑力特、銀邦股份、上海材料研究所、上海康速金（jīn）屬材料、鑫烯三維科技等企（qǐ）業（yè）。 

 

金屬3D打（dǎ）印材料的市場應用 

 

金屬3D打印材料的應用領域相當廣泛，例（lì）如，石化工程應用、航空航（háng）天（tiān）、汽車製造、注塑模具、輕金屬合金（jīn）鑄造、食品（pǐn）加工、醫療、造紙、電力工業、珠寶、時裝等。 

 

但是（shì），因為金屬3D打印材料本身的材料屬性（xìng），其都有特（tè）定的應用領域範圍，因此，金屬3D打印材（cái）料選擇的過程是一個權衡多個因素的過（guò）程。而且，3D打（dǎ）印金屬不能僅僅憑借金（jīn）屬3D打印機的參（cān）數來衡定，每種（zhǒng）金屬材料都有適合自身特性的極限點（diǎn），包括應用、功能、穩定性、耐久性、美觀性、經濟性都是設計師要考慮的因素（sù）。 

 

現今，國內外金屬3D打（dǎ）印（yìn）機采用的金屬粉末一般有（yǒu）：工（gōng）具鋼、馬氏體鋼、不鏽鋼、純鈦及鈦合金（jīn）、鋁合金、鎳基合金、銅基合金、鈷鉻合金等。 

 

1.工具鋼和馬（mǎ）氏體鋼 

 

 

工具鋼 

 

以工具（jù）鋼和馬氏（shì）體鋼為例，工具鋼的（de）適用性來源於其優異的硬（yìng）度、耐磨（mó）性和抗形變能力，以及（jí）在高溫（wēn）下保持切（qiē）削刃的能力。模具H13熱作工具鋼就是其中一種，能夠承（chéng）受不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（zhōng）的高強度、韌性和（hé）尺寸穩定性都是眾所（suǒ）周知的。他們與其他鋼（gāng）不同，因為他們（men）是不含碳的，屬於金屬間化合物，通過豐富的（de）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（cái）適用於許多模具（jù）的應用，例如，注塑模具、輕金屬合金鑄造、衝壓和擠壓等，同時，其也廣泛應用於航空航天（tiān）、高強度機身部件和賽車零部件。 

 

2.不（bú）鏽鋼 

 

不鏽鋼 

 

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

 

奧氏體不鏽鋼316L，具有高（gāo）強度和耐腐蝕性，可在（zài）很寬的溫度範圍下降到低溫，可應用於航空航天（tiān）、石化等多種工程（chéng）應用，也可以用於食品加工和醫療等（děng）領域。 

 

馬氏（shì）體不（bú）鏽（xiù）鋼15-5PH，又稱馬氏（shì）體時效（沉澱硬化（huà））不鏽鋼，具有很高的強度、良好的韌（rèn）性、耐（nài）腐蝕性，而且可以進一步的硬化，是無鐵素體。目前，廣泛應用於航空航天、石化、化工、食品（pǐn）加工、造紙和（hé）金（jīn）屬加工業。

 

馬氏體不鏽（xiù）鋼17-4PH，在高達315℃下仍具有（yǒu）高強度（dù）高韌性，而且耐腐蝕性超強，隨著激光加工狀態可以帶來極佳的延展性。 

 

3.合金 

 

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

 

1）純鈦及鈦合金

 

 

鈦合金

 

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

 

鈦是鈦合金產業的關鍵。目前，應用於金屬3D打印的鈦合（hé）金主要是鈦合金5級和鈦合金23級，因為其（qí）優異的強度和韌性，結合耐（nài）腐蝕、低比重和生（shēng）物相容性，所以在航空航天和汽（qì）車製造中具有非常理想的應用，而且（qiě），因為（wéi）強度高、模量低、耐疲勞性（xìng）強，應用於生產生物醫（yī）學植入物。鈦合金23級，純（chún）度更高，是神級一樣的（de）牙科和醫（yī）療鈦品級。

 

2）鋁合金 

 

 

鋁合金 

 

目前，應用於金屬（shǔ）3D打印的鋁合金主（zhǔ）要有鋁矽AlSi12和（hé）AlSi10Mg兩種。鋁矽12，是具有良好的熱性能的輕質（zhì）增材製造金屬粉末，可應用於（yú）薄壁零件（jiàn）如換熱器或其他（tā）汽車零部件，還可應用於航空航天及航空工業級的原型及生產（chǎn）零部件；矽/鎂組合使鋁合（hé）金更具強度和（hé）硬度，使其適用於（yú）薄壁以及複雜的（de）幾何形狀的零件，尤其是在具有良好的熱性能和低重量場合中（zhōng）。 

 

3）鎳基合金 

 

 

鎳基金粉 

 

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

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

 

Hastelloy X在高溫下具有高強度和抗氧化性（xìng），在高達1200℃的（de）環境（jìng）中，也具有良好的延展性，目前，主要應用於航空航天技術中（zhōng），例如（rú）燃氣輪機部件和燃燒（shāo）區組件如過（guò）渡（dù）管、燃燒器罐、噴杆、排氣管、加力（lì）燃燒室等；而且還因為具有耐應力腐蝕開裂的性能，應用於工業爐、石（shí）油化工及化（huà）學過程工業中。 

 

Inconel 625在高溫約815℃的條件下依然（rán）具有良好（hǎo）的負載性能，而且耐腐蝕性強，廣泛應用於航空航天、化（huà）工及電（diàn）力工業中。 

 

Inconel 713具有優異的抗熱疲勞性能（néng），以及在927℃的（de）特殊斷裂強度，適用於噴氣發（fā）動機燃氣輪（lún）機葉片。 

 

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

 

4）鈷鉻合金 

 

 

鈷鉻合金粉（fěn） 

 

鈷鉻合金具有高強度、耐腐蝕（shí）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（kē）植入物包括合金人（rén）工關節（jiē）、膝關節和髖關節，同時其還可用於發動機部件以及時裝、珠寶行業等。 

 

5）銅基合（hé）金 

 

 

青銅粉 

 

應用於市場的銅基合金，俗稱青銅，具有良好的導熱（rè）性和導電（diàn）性，可以結合（hé）設計自由度，產生複雜的內部結構（gòu）和冷卻通道，適合冷卻更有效的工具插入模具，如半導體器件，也可用於微型（xíng）換熱器，具有壁薄、形狀複雜的特征。