3D打印，自20世紀90年代中期被發明以來，在近幾年終於迎來了一個較受關注的高速發（fā）展期。不論是國家（jiā）政府部門，還是傳統企業，都在積極促進3D打印與行業間的深度融合，以期推動該技術的市場應用，帶動傳統（tǒng）行業的轉型升級。然而，從目（mù）前的實際情況來講，3D打印還沒有形（xíng）成一（yī）個完善的產業鏈（liàn），製約它發展的原因有多種，其中3D打印材料（liào）的研發應用還不太成（chéng）熟是一個較為關鍵的因素。那麽，目前在3D打印材料中最受重視的金（jīn）屬材料，發（fā）展到了哪個階段呢？

金屬3D打印是屬於數字熱加工的一項技術，目前製備金（jīn）屬的3D打印技術主（zhǔ）要有：選區激光熔化（huà）/燒（shāo）結（SLM/SLS)、電子束選區熔（róng）化（EBSM)、激光近淨成（chéng）形（LENS)等。與傳（chuán）統工藝相比，金屬3D打印有直（zhí）接成型，無需模具，可以實現個性化設計並製作複雜結構，高效（xiào）、低消耗、低成本等優點。但是因為其是數字熱加工，變（biàn）形是無法消除（chú）的，變形（xíng）量需要從（cóng）工藝和經驗上去控製，最後還要經過數控機床等技（jì）術的後期加工（gōng）處理。 

 

 

國內外做金屬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（dǎ）印發展早在（zài）20世紀80年代（dài）就已經興起了。國際（jì）範圍內，美國Argen Corporation(在牙科金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（yì）大利Legor Group，英國LPW Technology，美國Pyrogenesis(在國防領域尤其擅長（zhǎng）），瑞典Sandvik，德國SLM Solutions等企業在各自的金屬打印領域提供了一係列的行業解決方案。相比國外，國內金屬3D打印材料大部分（fèn）依賴進口，價格（gé）昂（áng）貴，這也促使國內致力於3D打印金屬（shǔ）材料的企業和機構自主研發（fā）金屬3D打印材料，最具代表性的可提供金屬材料及服務的企（qǐ）業有西安鉑力特、銀邦股份、上海材料研究所、上海康速金屬材料、鑫烯（xī）三維科技等企業。 

 

金屬3D打印材（cái）料的市場應用 

 

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

 

但是，因為金屬3D打印材料本身的（de）材料屬性（xìng），其都有特定的應用領（lǐng）域（yù）範圍，因此，金屬3D打印（yìn）材料（liào）選擇的過程是一個權衡多個因素的過程。而且（qiě），3D打印（yìn）金屬不能僅僅憑借金屬3D打印機的參數來衡（héng）定（dìng），每種金屬材料都有適合（hé）自（zì）身特性（xìng）的極限點，包括應用、功能、穩（wěn）定性、耐（nài）久性、美觀性、經濟性都是設計師要考慮的因素。 

 

現今，國（guó）內外金屬3D打印機采用的金（jīn）屬粉末一般有：工具鋼、馬氏體鋼（gāng）、不鏽鋼、純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、銅基（jī）合金、鈷鉻合金等。 

 

工具鋼和馬氏體鋼 

 

工具鋼

 

以（yǐ）工具鋼和馬氏體鋼為（wéi）例，工具鋼的適用性來源於其優（yōu）異的硬度（dù）、耐磨性（xìng）和抗形變能力，以及在高溫下（xià）保持切削刃的能力（lì）。模具H13熱作工具鋼就是其中一種，能（néng）夠承受不確定時間的工藝條件；馬氏（shì）體鋼，以馬氏體300為例，又稱“馬氏體時效”鋼，在（zài）時效過程中的高（gāo）強度、韌性和尺寸穩定（dìng）性都是眾所周（zhōu）知的。他們與其他鋼不同，因（yīn）為他們是不含碳的，屬於金屬間化合物，通（tōng）過豐富的鎳、鈷（gǔ）和（hé）鉬的冶金反應硬（yìng）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（zhù）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、高（gāo）強度機身部件和（hé）賽車零部件。 

 

不鏽鋼 

 

 

不鏽鋼

 

不鏽鋼與碳鋼不同，目前的鉻含量不同，10.5%鉻含量（liàng）最（zuì）低（dī）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三種：奧氏體不鏽鋼316L、馬氏體不鏽鋼15-5PH、馬氏體不鏽鋼17-4PH。 

 

奧氏體（tǐ）不鏽（xiù）鋼316L，具有高強度（dù）和耐腐蝕性，可在很寬的溫度範圍下降到（dào）低溫，可應用於航（háng）空航天、石化等多種工程應用，也可以用於食品加工和（hé）醫療等領域。 

 

馬氏體不鏽鋼15-5PH，又（yòu）稱馬氏體時效（沉澱硬化）不（bú）鏽鋼，具有很高的強度、良好的韌性、耐腐蝕性，而且可（kě）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、造紙和金屬加工業。

 

馬氏體不（bú）鏽鋼17-4PH，在高達315℃下仍具有高強度高韌性，而且耐腐蝕性超強，隨著激光加（jiā）工狀（zhuàng）態可以帶（dài）來極佳的延展性。 

 

 

合金 

 

金屬3D打印材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、鎳基合金、鈷鉻合金（jīn）、銅基合（hé）金（jīn）等。 

 

1）純鈦及鈦合（hé）金

 

 

 

目（mù）前應用於市場的純鈦（tài），又（yòu）稱商業純鈦，分為1級和2級粉體，2級強於1級，對於大多數的應（yīng）用同樣具有耐腐（fǔ）蝕性（xìng）。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（yǒu）廣泛的（de）應（yīng）用前景。 

 

鈦是鈦合金產業的關鍵（jiàn）。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，因為其優異的（de）強度和韌（rèn）性，結（jié）合耐腐蝕、低比重和生物相容性，所以在航空航天（tiān）和汽車製造中（zhōng）具有非常理（lǐ）想的應用，而且，因為（wéi）強度高、模量低、耐疲勞性強，應用於生產生（shēng）物醫學植入物。鈦合金23級，純度更高，是（shì）神級一樣的牙科（kē）和醫療鈦品級。

 

2）鋁合金 

 

 

目前，應用於金屬（shǔ）3D打（dǎ）印的鋁合（hé）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質增材製造金屬（shǔ）粉末（mò），可應用於薄壁零件如換熱器或其他汽車零部件，還可應用於航（háng）空航天（tiān）及（jí）航空工業級的原型及生產零部件；矽/鎂組（zǔ）合使鋁合金更具強度和硬度，使（shǐ）其適用於薄壁以及複雜的幾何形狀的零件，尤其是在具有良（liáng）好的熱性能和低重量場合（hé）中。 

 

3）鎳基合金（jīn） 

 

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

Inconel 738具有良好的高溫蠕變（biàn）斷裂（liè）強度，抗熱腐（fǔ）蝕（shí）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（rán）氣輪（lún）機。 

 

Hastelloy X在高溫下具（jù）有高強度和抗氧化性，在高達1200℃的環境中，也具有良好的延展性，目前，主要應用於航空航天技（jì）術中，例如燃氣輪機部件和燃燒區組件如過渡管、燃燒器罐、噴杆、排氣管、加力燃燒室等；而且還（hái）因為具有耐應力腐蝕開裂的性能，應用於工業爐、石油化工及化學過程工業中。 

 

Inconel 625在高溫約815℃的條件下依然具有良好的負載性能，而且（qiě）耐腐蝕性強，廣泛（fàn）應用於航空航天、化工及電力工業中。 

 

Inconel 713具有優異的（de）抗熱疲勞性能（néng），以及在927℃的特殊斷裂強度，適用於噴氣發動機燃（rán）氣輪機葉片（piàn）。 

 

Inconel 718是基於（yú）鐵鎳硬化（huà）的超合金，具有良好的耐腐蝕性及耐熱、拉伸、疲勞、蠕（rú）變性，適用於（yú）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（jīn）具（jù）有高強度、耐腐蝕性（xìng）強、良好的生物相（xiàng）容性以及無（wú）磁性的性能（néng），主要應用於外科植入物包括合金人（rén）工關節、膝（xī）關（guān）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（děng）。 

 

5）銅基合金 

 

應用於市場的（de）銅基合金，俗稱青銅，具有良好的導熱性（xìng）和導電性，可以結合設計自由度，產生複雜的內部結構和（hé）冷卻通道，適合冷卻更有（yǒu）效的工具插入模具，如半導體器件，也可用（yòng）於微型換熱器，具有壁薄、形狀（zhuàng）複雜的特征。