3D打（dǎ）印，自20世紀90年（nián）代中期被發明以來，在近幾（jǐ）年終於（yú）迎來了一個較受關注的高速發展期。不論是國家政府部門，還是傳統企業（yè），都在積極（jí）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，帶動傳統行業的轉型升級。然而，從目前的實際情況來講，3D打印還（hái）沒有形成一個完（wán）善的產業鏈，製（zhì）約它發展的原因有多種，其中（zhōng）3D打印材料的研發應用還不太成熟是一個較為關（guān）鍵的因素。那麽，目前在3D打印材料中最受（shòu）重視的金屬（shǔ）材料，發展到了哪個階段呢？

金（jīn）屬3D打印是屬於數字熱加工（gōng）的一項技術，目前製備金屬的3D打印技術主要有：選區激光熔（róng）化/燒結（SLM/SLS)、電子束選區熔化（huà）（EBSM)、激光（guāng）近淨成形（LENS)等。與傳統工藝相比，金屬3D打印有（yǒu）直接成型，無需模具（jù），可以實現（xiàn）個性（xìng）化設計（jì）並製作複雜（zá）結構（gòu），高效、低消耗、低成本等優點。但是因為其（qí）是數字熱加工，變（biàn）形是無（wú）法消除的，變形量需要從工藝和經（jīng）驗上去控製，最後還要經過數（shù）控機床等（děng）技術的後期加工處理（lǐ）。 

 

 

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（cái）升起來（lái），但就國際而言，3D打印（yìn）發（fā）展早在20世紀80年代就已經興（xìng）起了。國（guó）際範圍內，美國Argen Corporation(在牙科金（jīn）屬（shǔ）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（yīng）國（guó）LPW Technology，美國Pyrogenesis(在國防領域（yù）尤其擅長），瑞典（diǎn）Sandvik，德國SLM Solutions等企業在各自的金屬打印（yìn）領域提供了一係列的（de）行業解決方案。相比國外，國內金屬（shǔ）3D打印材料（liào）大部分依賴進口，價格昂貴，這也促使國內致（zhì）力於3D打印金屬材料的企業和機構自主研發金屬（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（bāng）股份、上海材（cái）料研究所、上海（hǎi）康速金屬材料、鑫烯三維科技等企業。 

 

金屬3D打印材料的市場應用 

 

金屬3D打印材料的應用領域相當廣（guǎng）泛，例如，石化工程應用、航（háng）空航（háng）天、汽車製造、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打印材料本身的材料屬性，其都有特定的應用領域範圍（wéi），因此，金屬3D打印材（cái）料選擇的過程是（shì）一個權衡多個因素的過程。而且，3D打（dǎ）印金屬不能僅僅憑借金屬3D打印機的參數來衡（héng）定，每種金屬（shǔ）材料都有適合自身特性（xìng）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。 

 

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、不鏽（xiù）鋼、純鈦及鈦（tài）合金、鋁合金、鎳基合金、銅基合金、鈷鉻合金等。 

 

工具鋼和馬（mǎ）氏體鋼 

 

工具鋼（gāng）

 

以（yǐ）工具鋼和馬氏體鋼為例，工具鋼的（de）適用性來源於其優異的硬度、耐磨性和抗形（xíng）變能力，以及在高溫下保持切削刃的能力。模具H13熱（rè）作工具鋼就是其中（zhōng）一種，能夠承受不確定時（shí）間的工（gōng）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（xiào）過程中的高強度、韌性（xìng）和尺寸穩定性都是眾（zhòng）所周知的。他們與其他鋼不同，因為他們是不含碳的，屬於金屬（shǔ）間化合（hé）物（wù），通過豐富的（de）鎳、鈷和鉬的冶金反應硬化。由於（yú）高硬（yìng）度和耐磨性（xìng），馬氏體300才適（shì）用於許多（duō）模具的應用，例如，注塑模具、輕金屬（shǔ）合金鑄造（zào）、衝壓和擠壓等，同時，其也廣泛應用於航空航天、高強度機身部件和賽車零部件。 

 

不鏽鋼 

 

 

不鏽鋼

 

不鏽鋼（gāng）與碳鋼不同，目（mù）前的鉻含量不同，10.5%鉻含量（liàng）最低的鋼合金（jīn），不鏽（xiù）鋼不容易生鏽（xiù）腐（fǔ）蝕。目前，應（yīng）用（yòng）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（tǐ）不鏽（xiù）鋼（gāng）17-4PH。 

 

奧氏體（tǐ）不鏽鋼316L，具有高強度和耐腐蝕性，可在（zài）很（hěn）寬的溫度範圍下降到低溫，可應用於航空航天、石化等多種工程應用（yòng），也可（kě）以用於食品加工和醫療等領域。 

 

馬氏體不鏽鋼15-5PH，又稱馬（mǎ）氏體時效（沉澱硬（yìng）化）不鏽鋼，具有很高的（de）強（qiáng）度、良好的韌性、耐腐蝕性，而且可以進一步的硬化（huà），是無鐵素體。目前，廣泛應用於航空航（háng）天、石化、化工、食品加工、造紙和金屬加工業（yè）。

 

馬氏體不鏽鋼17-4PH，在高達315℃下（xià）仍具有高強度高韌性，而且耐腐蝕性（xìng）超強，隨著激光加工狀態可以帶來極佳的延展性。 

 

 

合金 

 

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

 

1）純鈦及鈦合金（jīn）

 

 

 

目前應用於市場的純鈦，又稱商業純鈦，分為1級和（hé）2級粉體，2級強（qiáng）於1級，對於大多數（shù）的應用同（tóng）樣具有耐腐蝕（shí）性。因為純鈦2級（jí）具有良好的生物相（xiàng）容性，因此在醫療行業具有廣泛（fàn）的應用前景。 

 

鈦是（shì）鈦合金產業的關（guān）鍵。目前，應用於金屬3D打印的鈦合金主要是（shì）鈦合金5級和鈦（tài）合金23級，因為其優異的強度和韌性，結合耐腐蝕、低比（bǐ）重和生物相容性，所以在航空航天和汽車製造（zào）中具有非常理想的（de）應用，而且，因為強度高、模量低、耐疲勞性強，應用於（yú）生產生物醫學植（zhí）入（rù）物。鈦合金23級，純度更高，是神級一樣（yàng）的牙（yá）科和醫療鈦品（pǐn）級。

 

2）鋁合金 

 

 

目前，應用（yòng）於金屬3D打印的鋁合金主（zhǔ）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粉末，可應用於薄壁零件如換熱器或其他汽車零部件，還可應用於航空航天及航（háng）空工業級的原型及生產零部件；矽/鎂（měi）組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（jǐ）何形狀的零件，尤其是在具有良好的熱性能和低（dī）重量場合中。 

 

3）鎳基合（hé）金（jīn） 

 

一般情況下，鎳（niè）基合金都具有良好的抗拉伸、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具有良好的高溫蠕變斷裂強度，抗熱腐蝕性是較（jiào）低鉻含量的超合金，可長（zhǎng）期暴露於高達920-980℃的高溫腐蝕性的環境中，適（shì）用（yòng）於飛機發動機、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（huán）境（jìng）中，也具有良好的延展性，目前（qián），主要應用於航（háng）空航天技術中，例如燃氣（qì）輪機部件和燃燒區組件如過渡管、燃燒器罐（guàn）、噴杆、排氣管、加力燃燒室等；而且還因為具有耐應力腐蝕開裂（liè）的性能，應用於工業爐、石油化工及（jí）化學（xué）過（guò）程工業（yè）中。 

 

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

 

Inconel 713具有優異的抗熱疲勞性能，以及在927℃的特殊斷裂強度，適用於（yú）噴氣發（fā）動機（jī）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（nài）熱、拉伸、疲勞、蠕變性，適用於各種高端應用，例如，飛（fēi）機渦輪發動機和陸（lù）基渦輪（lún）機（jī）等。 

 

4）鈷鉻合金 

 

鈷鉻合金（jīn）具（jù）有高強度、耐腐蝕性強、良好的生物相容性（xìng）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，同時其還可用於發（fā）動機部件以及時裝、珠寶行業等。 

 

5）銅基合金 

 

應用於市場的銅基合金（jīn），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（fù）雜的內部結構和冷卻通（tōng）道，適合（hé）冷卻更有效的工具（jù）插入模具，如半導體器件，也（yě）可用於微型換熱（rè）器，具有壁薄、形（xíng）狀複雜的特征。