近幾年隨（suí）著3D打印技術的（de）快（kuài）速發展，它在航空航天、汽車、生物醫藥和建築領域（yù）的（de）應用範圍逐步拓（tuò）寬，其方便快捷、材料利用率高（gāo）等優勢不斷顯現。

 

目前，金屬3D打（dǎ）印技術主要有選擇性激光燒結（SLS）、電子束熔融（EBM）、選擇性激光熔化（SLM）和激光近淨成形（LENS），其（qí）中選擇性激光熔化為研究的熱點，其使用高能激光源，可以熔融（róng）多種金屬粉末。國（guó）內（nèi）外金屬3D打印機（jī）采用的金屬粉末一般有：工具鋼、馬（mǎ）氏體鋼、不鏽鋼、純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳（niè）基合金、銅基合金、鈷鉻（gè）合金等（děng）。常用的粉體為鈦粉、鋁合（hé）金粉和不鏽鋼粉。

 

工具鋼和馬氏體剛

 

 

 

工具鋼的（de）適用（yòng）性來源於（yú）其優異的硬度、耐磨性和抗形變能力，以及在高溫下保持切削刃的能力。模具H13熱作工具鋼就（jiù）是其中一種，能夠承受不確定時間的工藝條件；馬氏體鋼，以馬氏體300為例（lì），又稱“馬氏體時效”鋼，在時效過程中的高強度（dù）、韌性和尺寸穩定性都是眾所周知的。他們與其（qí）他鋼不同，因（yīn）為他們是不含碳的，屬於金屬間化合物（wù），通過豐（fēng）富的鎳、鈷和鉬的冶金反應硬化。由於高硬度和耐磨性，馬氏體300才適用於許多模（mó）具的應（yīng）用（yòng），例如，注塑模具、輕金屬合金鑄（zhù）造、衝壓和擠壓等，同時，其（qí）也廣泛應用於航空航天、高強度機身部件和賽車零部件（jiàn）。

 

不（bú）鏽鋼

 

 

 

不鏽鋼具有（yǒu）耐化學腐蝕、耐高溫和力學性能良好等特性，由於其粉末成型性好、製（zhì）備工藝簡單且成本低廉，是最早應用於3D金屬打印的材（cái）料。

 

目前，應用於（yú）金（jīn）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，可應用於航空航天、石化等多種工程應用，也可以用於食品加工和醫療等領域。

 

馬（mǎ）氏體不鏽鋼15-5PH，又稱馬氏體時效（沉澱硬化）不鏽鋼，具有（yǒu）很高的強度、良好的韌（rèn）性、耐腐蝕性，而且可以進一步的硬化，是無鐵素體。目前，廣（guǎng）泛應用於航空航天、石化、化工、食品加工、造紙和金屬加工業。

 

馬氏體不鏽鋼17-4PH，在（zài）高（gāo）達（dá）315℃下仍具有高強度高韌性，而且耐（nài）腐蝕性（xìng）超強，隨（suí）著（zhe）激光加工狀態（tài）可以帶來極佳的延展（zhǎn）性。目前華（huá）中科技大學、南京航空航天大學、中北大學等院校在金屬3D打印方麵研究（jiū）比較深入（rù）；現在（zài）的研究主要集中在降低孔隙率、增加強（qiáng）度以及對熔化過程的金屬粉末球化機製等方麵。

 

鈦合金

 

鈦合金具有耐高溫、高耐腐蝕性、高強度、低密度以及（jí）生物相容（róng）性等優點（diǎn），在航空航天、化工、核工業、運動器材及醫療器械（xiè）等領域得（dé）到了廣泛的應用。

 

傳統鍛造和鑄造技術製（zhì）備的鈦合（hé）金件已被廣泛地應用在（zài）高新技術領域（yù），如美國F14、F15、F117、B2和F22軍機的（de）用鈦比（bǐ）例分別為：24%、27%、25%、26%和42%，一架波音747飛機用鈦量達到42.7t。但是傳統鍛造（zào）和鑄造方法生產大型鈦合金零件，由於產品成（chéng）本高、工藝複雜、材料利用率低以及後續加工困（kùn）難等不利因素，阻礙了其更為廣泛的應用。而金屬3D打印（yìn）技術可以從根本上解決這些問題，因此該（gāi）技術近年來成為一（yī）種直接製造（zào）鈦合金零件的新型技術。

 

高溫（wēn）合金

 

高溫（wēn）合金是指以鐵、鎳、鈷為基（jī），能在600℃以上的（de）高（gāo）溫及一定應力環境下長期工作的一類金屬材料，其具有較高的（de）高溫強度、良好（hǎo）的抗熱腐蝕性（xìng）和抗氧化性能以及良好的塑性和韌性。目前按合金基體種類大（dà）致可分為鐵基、鎳基和（hé）鈷基合金3類（lèi）。高溫（wēn）合金主要用於高性能發動機，在現代先進的航空發動機中，高溫合金材（cái）料的使用量占發動機總質量的40%～60%。現代高性能航空發動機的發展（zhǎn）對高溫（wēn）合（hé）金的使用溫度和性能（néng）的要求越來越高。傳統（tǒng）的鑄錠冶金工藝冷卻速（sù）度慢，鑄錠中某些元素和（hé）第二相偏析嚴重，熱加工性能差，組織不（bú）均（jun1）勻，性能不穩定。而（ér）3D打印技術在高溫合金成形中成為解決技術瓶頸的新方法。美國（guó）航空（kōng）航天局（jú）聲稱，在2014年（nián）8月22日進行的（de）高溫點火試驗中，通過3D打印技術製造的火箭發動機噴嘴產生了創紀錄的9t推力。

 

 

LEAP噴氣發動（dòng）機采用3D打印的部件

 

Inconel 718是（shì）基於鐵鎳硬化的超合（hé）金，具有良好的（de）耐腐蝕性（xìng）及耐熱、拉伸、疲勞、蠕變性，適用於各種高端應用，例如，飛機渦輪（lún）發動機和陸基渦輪機等。Inconel 718合金是鎳基高溫合金中應用最早的一種，也是目（mù）前航空發動機（jī）使用（yòng）量最多的一種合金。

 

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

 

鎂合金

 

鎂合金作為最輕的結構合金，由於其特殊的高強度和（hé）阻尼性（xìng）能，在諸多應用領域鎂合金具有替代鋼和鋁合金的可能。例如（rú）鎂合金在汽車以（yǐ）及航空器組（zǔ）件方麵的輕量化應用，可降低（dī）燃料使用量和廢氣排放（fàng）。鎂合金具有原位降解性並且其楊氏模量（liàng）低（dī），強度（dù）接近（jìn）人骨，優異（yì）的生物相容性，在（zài）外科植入方麵（miàn）比傳統合金更有應用前景。

 

結語

 

3D打印技術自20世紀90年代出現以來，從一（yī）開始高分子材料（liào）的打印逐漸聚焦到金屬粉末的打印，一大批新技術（shù）、新設備和新材料被開發應用。金屬粉（fěn）末的3D打印（yìn）技術目前已取（qǔ）得了一定成果，但材料瓶頸勢必（bì）影響3D打印技術的推（tuī）廣，3D打（dǎ）印技術對材料提（tí）出了更高的要求（qiú）。現在適用於工業（yè）用3D打印的金屬材料（liào）種類繁多，但是隻有專用的（de）粉末（mò）材料才能滿足工業生產要求。因（yīn）此，金屬粉末的3D打印技術的發展依舊任重而道遠。