近幾年隨（suí）著3D打印技術的快速發展，它在航空（kōng）航（háng）天、汽車、生（shēng）物醫藥和建築領域的應用範（fàn）圍逐步拓寬，其（qí）方便快捷（jié）、材料利用率高等優勢不斷顯現。

 

目前，金屬3D打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（jìng）成形（LENS），其中選擇性激光熔化為研究的熱點，其使用高能激光源，可（kě）以熔融多種金屬粉末。國（guó）內（nèi）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、不鏽鋼、純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基（jī）合金、銅基合金、鈷（gǔ）鉻合金等。常用的粉體為鈦粉、鋁合金粉和不鏽鋼粉。

 

工具鋼和（hé）馬氏體（tǐ）剛

 

 

 

工具鋼的適用性來源（yuán）於其優異的硬度、耐磨性和抗形變（biàn）能力，以及在高溫下保持（chí）切削刃的能力。模具H13熱（rè）作工具鋼就是其中一種，能夠承受不確定時間的工藝條件；馬氏體鋼，以馬氏體300為例（lì），又稱（chēng）“馬氏體時效”鋼，在時效（xiào）過程中的（de）高強度、韌（rèn）性和尺寸穩定性都是眾所周知的。他們與其他鋼不同，因為他（tā）們是不含碳的，屬於金屬間化合物（wù），通過豐富的鎳、鈷和鉬的（de）冶金反（fǎn）應硬化。由於高（gāo）硬度（dù）和耐磨性，馬氏體300才適用於（yú）許多模具的應用（yòng），例如，注塑模具、輕金屬合金鑄造、衝壓（yā）和擠壓（yā）等，同時，其也廣泛應（yīng）用於航空航天、高強度機身部件和賽車零部（bù）件。

 

不鏽鋼

 

 

 

不鏽鋼具有耐化學腐蝕、耐高溫和力（lì）學性能良（liáng）好（hǎo）等（děng）特性，由於其粉末成型性（xìng）好、製備工（gōng）藝簡單且成本低廉，是最早應用於3D金屬打印的材料。

 

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（gāng）17-4PH。

 

奧氏體不鏽鋼316L，具有高強度和耐（nài）腐蝕性，可在很寬的溫度範圍下降到低（dī）溫，可應用（yòng）於航空航天、石化等多種工程應（yīng）用，也可以用於食品加工和醫療等領域。

 

馬氏體不鏽鋼15-5PH，又（yòu）稱馬（mǎ）氏體時效（沉澱硬化）不鏽（xiù）鋼，具有很高的（de）強度、良好的韌（rèn）性、耐腐蝕性，而且（qiě）可（kě）以（yǐ）進一步的硬化，是無鐵素體。目前，廣（guǎng）泛應用於航空（kōng）航天、石化、化工、食品加工、造紙和金屬加工業。

 

馬氏體不鏽（xiù）鋼17-4PH，在（zài）高達315℃下仍具有高（gāo）強（qiáng）度高韌性，而（ér）且耐腐（fǔ）蝕（shí）性超強，隨著激光加（jiā）工狀態可以帶來極佳的延展性。目前華中科技（jì）大學、南京航空航天大學、中北（běi）大學等院校（xiào）在金屬3D打印方麵研究比較深入；現在的研究主要（yào）集中在降低孔隙率（lǜ）、增加強度以及對熔化過程的金屬粉末球化機製等方麵。

 

鈦（tài）合金

 

鈦合金具有耐高溫、高耐腐蝕性、高強度、低（dī）密度以及生物相容性等優點，在航空航天、化工、核工業、運動器材及醫療器械等領域得到了廣（guǎng）泛（fàn）的（de）應用。

 

傳統鍛造（zào）和鑄造技術製備（bèi）的鈦合金件已被廣泛地應用（yòng）在高新技術領域，如美國F14、F15、F117、B2和F22軍機的用鈦比例分（fèn）別為：24%、27%、25%、26%和42%，一架波音747飛（fēi）機用鈦量達到42.7t。但是傳統鍛造和（hé）鑄造方法生產大（dà）型鈦合金零（líng）件，由於產品成本高、工藝複雜、材料利（lì）用率低以及後續加工困難（nán）等（děng）不利因素（sù），阻礙了其（qí）更為廣泛的應用。而金屬3D打印技術可以從根本上（shàng）解決這些問題，因此該技術近年來成為一種直接製造鈦合金零件的新型（xíng）技術。

 

高溫合金

 

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷（gǔ）為基，能在600℃以上的高溫及一定應力（lì）環（huán）境下長期（qī）工（gōng）作（zuò）的一類金屬材料，其具有（yǒu）較高的高溫強度、良（liáng）好的（de）抗熱（rè）腐蝕性和抗氧化性能以及（jí）良（liáng）好的塑性和韌性。目前按合金基體種類大致可分為鐵基、鎳基（jī）和鈷基合（hé）金3類。高溫合金主要用於高性能（néng）發動機，在現代先進的航空發動機中，高溫（wēn）合金材料的使用量占發動機總質量的40%～60%。現代高性（xìng）能航空發動（dòng）機的發展對高溫合金的使用溫（wēn）度和性能的要求（qiú）越來越高。傳統的鑄錠冶金（jīn）工藝冷卻速度慢，鑄錠中（zhōng）某些元素和第二相偏析嚴重，熱加工性能差，組織不均勻，性能不穩（wěn）定（dìng）。而3D打印技術在高溫合金成形中成為解決技術瓶（píng）頸的新方法。美國航空航天局聲稱，在2014年8月22日進行的高（gāo）溫（wēn）點火試驗（yàn）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是基於鐵鎳硬化的超合金（jīn），具有良好的耐腐（fǔ）蝕性（xìng）及耐熱、拉伸、疲勞、蠕變性，適用於各種高端應用（yòng），例如（rú），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（jīn）中應用最早的一種，也是目前航空發動機使用量最多的一種合（hé）金。

 

鈷鉻合（hé）金具有高強度、耐腐蝕性強、良好的生物相容性（xìng）以及無磁（cí）性的性能（néng），主要應（yīng）用於（yú）外（wài）科植入（rù）物包括合金人工關節（jiē）、膝關節和髖關節，同時其還可用於發動機部（bù）件以及時裝、珠寶行業等。

 

鎂合金（jīn）

 

鎂合金作（zuò）為最輕的結構合金，由於其特殊的高強度和阻尼性能，在諸多應用領域鎂合金具有替（tì）代鋼和鋁合金的可能。例如鎂合金（jīn）在汽車以及航空器（qì）組件方麵的輕量化應用，可降低燃料使用量和廢氣排放。鎂合金具有原（yuán）位降解性（xìng）並且其楊氏（shì）模量低，強度接近人骨，優異的生物相容性，在外科植入方麵比傳統合金更有應用前景。

 

結語（yǔ）

 

3D打印技術自20世紀90年（nián）代出現以來，從一開始高分（fèn）子材料的（de）打（dǎ）印逐漸聚焦到（dào）金屬粉末的打印，一大批新技術、新設備和新材料被（bèi）開發應用。金屬粉末的（de）3D打印技術目前已（yǐ）取得了一定成果，但材（cái）料瓶頸勢（shì）必影響3D打印技術（shù）的推廣，3D打印技術對材（cái）料提出了更高的（de）要（yào）求。現在適用於工業用3D打印的金屬材料種類繁多，但是隻（zhī）有專用的粉末材料才能滿足工業生產要求。因此，金屬粉末的（de）3D打印技術的發展（zhǎn）依舊任重而道遠。