近年來（lái），3D打印技術逐漸應（yīng）用於實際產品（pǐn）的製造，其中，金屬材料的3D打印技術（shù）發展尤其迅速。在國（guó）防領域，歐美發達國家非常重視3D打印技術的發展，不惜投入巨資加以研究，而3D打印金屬零部（bù）件一直是研究和應用（yòng）的重點。 不大能打印模具、自行車，還能打印出gun等武器，甚至能（néng）夠打印出汽車（chē）、飛機等大型設備裝備。

作為一種新型（xíng）製造技術，3D打印已展現出了十分廣闊的應（yīng）用（yòng）前（qián）景,而且在（zài）裝備設計與製（zhì）造（zào）、裝（zhuāng）備保障、航空航天等更多的領域展（zhǎn）現出（chū）了強勁的發展勢頭。

1、3D打印概述  

基本概述  

3D打印技術的核心思想（xiǎng）最早起源19世紀末的美（měi）國，但是直到20世紀（jì）80年代中期才有了雛形，1986年美國人Charles  Hull發（fā）明了第一台3D打印機。我國是（shì）從1991 年開始研究3D打印技術的，2000年前後，這（zhè）些工藝開始從實驗室研究逐步向工程化、產品化方向發展。當時它的名字叫快速原型技術（RP），即開發樣品之（zhī）前的實物模（mó）型。現在也有叫快速成型技術，增（zēng）材製造。但（dàn）為便於公眾接受（shòu），把（bǎ）這種新技（jì）術統稱為3D打印。  3D打印是快速成型（xíng）技術的一種，它是一種以數字模型設計為（wéi）基礎，運用粉末狀金屬或樹脂等可（kě）粘（zhān）合材料，通（tōng）過逐層“增材”打印的方式來構造三維物體（tǐ）的（de）技術。3D打印（yìn）被稱作“上個世紀的思想和技術，這個（gè）世（shì）紀的市場”。而且我（wǒ）國在3D打（dǎ）印航空航（háng）天方麵最近還（hái）取（qǔ）得了突破， 3D打印部件從3kg減重到600g，減重80% 。

3D打印（yìn）特點

1）精度高。目前3D打印設備的精度基（jī）本都可控製在0.3mm以下。

 

2）周期短。3D打印無須模具的製作過程，使得模型（xíng）的生產時間大大縮短，一般幾個小時甚至幾十分鍾就可以完成一個模型（xíng）的打印。 

 

3）可實現個性化。3D打印對（duì）於打印的模型數量毫無限製，不管一個還是多個都可以（yǐ）以相同的成本製作出來。  

 

4）材料的多樣性。一個3D打印係統（tǒng）往往可以實現不同材料（liào）的打印，而這種材料的多樣性可以滿足不同領域的需（xū）要。

 

5）成本相對較低。雖然現（xiàn）在3D打印係統和3D打印材料比較貴，但如果用來製作個性化產品，其（qí）製作成（chéng）本相對就比（bǐ）較（jiào）低了。 

2、金屬3D打印技術

金屬零件3D打印技（jì）術作為整個3D打印體係中（zhōng）最為（wéi）前沿和最有潛力的技術，是先進製造技術的重要（yào）發展方向。隨著科技發展及推廣應用的需求，利用快速成型直接製造金屬功能零件（jiàn）成為了快速成型主要的發展（zhǎn）方向。目前可用於直接製造金屬功能（néng）零件（jiàn）的快速成型方法主要有：選區（qū）激光熔化（huà）（Selective Laser Melting，SLM）、電子束（shù）選區熔化（huà）（Electron Beam Selective Melting，EBSM）、激光近淨成形（Laser Engineered Net Shaping，LENS）等。

激光工程化淨成形技（jì）術( LENS) 

LENS是一種新的快速成形技術，它由美國Sandia國家實驗室首先提出。其特點是: 直接製造形（xíng）狀結構複雜的金屬功能（néng）零件或模（mó）具； 可加工的金（jīn）屬或合金材料範圍廣泛（fàn）並能實現異質材（cái）料零件的製造； 可方便加工（gōng）熔點高、難（nán）加（jiā）工的（de）材料。

LENS是在激（jī）光熔（róng）覆技術的基（jī）礎（chǔ）上發展（zhǎn）起來（lái）的一種金屬零件3D打印技術。采用中、大功率激光熔化同步供（gòng）給的金屬粉末，按照預設軌跡逐層沉積在基板上，最（zuì）終形（xíng）成金屬零件。1999年，LENS工藝獲得了美國工業界中“最富創造（zào）力的（de）25項技術”之一的稱號。國外研究人員研究了LENS工藝製備奧氏體不鏽鋼（gāng）試件的硬（yìng）度分布，結果表明隨著加工層數的增加，試件的維氏硬度降低。

 

國外研究人員應用LENS工藝製備了載重植入（rù）體的多孔和功能梯度（dù）結構（gòu），采用的材料為Ni、Ti等與人體具有良好相容（róng）性的合金，製備的植入體的孔隙率最高能達到70%，使用壽命達到7-12年。  Krishna等人采用Ti-6Al-4V和Co-Cr-Mo合（hé）金製備了多孔生物植入體，並研究了植入體的力學性能，發現孔隙率為10%時（shí），楊氏模（mó）量（liàng）達到90 GPa，當孔隙（xì）率為70%時，楊氏模量急（jí）劇降到2 GPa，這樣就可以通過改變孔隙率，使植入體的力（lì）學性能與生物體（tǐ）適配。   Zhang等製備了網狀的 Fe 基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金屬玻（bō）璃（MG）組件，研究發現MG的顯微硬度達到9.52 GPa。Li通（tōng）過LENS工（gōng）藝修複（fù）定（dìng）向凝固高溫合（hé）金GTD-111。國內的薛春芳等采用LENS工藝，獲得微觀組織（zhī）、顯（xiǎn）微硬（yìng）度和機械性能良好的網狀的Co基高溫合金薄壁零（líng）件。費群星等采用LENS工藝成型了無（wú）變形的（de）Ni-Cu-Sn合金樣品（pǐn）。

在LENS係統中，同軸送粉器包括（kuò）送粉 器、送粉頭（tóu）和保護（hù）氣路3部分。送粉器包括粉末料箱和粉（fěn）末定量送給機構，粉末的流量由步（bù）進電機的轉速決定。為（wéi）使金屬粉末（mò）在自重作用下增加流（liú）動性，將送（sòng）粉器（qì）架設在2. 5 m的高度上。從（cóng）送粉器（qì）流出的金屬粉末經粉末（mò）分割器平均分成4份並通過軟管流入粉頭（tóu），金屬粉末從粉頭的噴嘴噴射（shè）到激光焦點的位置完成熔化堆積過程。全部粉末路徑由保護氣體推動，保護氣體將金屬粉（fěn）末與空氣隔（gé）離，從（cóng）而避免金（jīn）屬粉末氧化。LENS 係統（tǒng）同 軸送粉器（qì）結構示（shì）意圖（tú）見圖1。 目前，快速原型技術已經逐步趨於成熟，發達國家（jiā）也將激光工程化淨成形技術作為研究的重點，並取得了一些實（shí）質性成果。在實際應用中，可以利用該技術製作出功能複 合型材料，可以修複高附加值的鈦合金葉片，也（yě）可以運用到直升機、客機、導彈的製作中。另外，還能將（jiāng）該技術運用於生物植入（rù）領域，采用與人體具有相容性的Ni、Ti材質製備植入體，有效提升了空隙率，延長了植入體的使用時長。

激光（guāng）選區熔化技術( SLM) 

SLM 是金屬 3D 打印領域的重（chóng）要部分，其發展曆程經曆低熔點非金屬粉末燒（shāo）結、低熔點包覆高熔點粉末（mò）燒結、高熔點粉末直接熔化成形等階段。由美國德克薩斯大（dà）學奧（ào）斯汀（tīng）分校在 1986年最（zuì）早申請專利，1988年研製成功了第1台SLM 設備，采用精細聚焦光斑快速熔化成30 ～51 μm 的預置粉末材料，幾乎可以直接獲得任（rèn）意形狀以（yǐ）及具（jù）有（yǒu）完全冶金（jīn）結合的功能零件。致密度（dù）可達到近乎 100%，尺寸精度（dù）達 20 ～ 50 μm，表麵（miàn）粗糙度達20 ～30 μm，是一種極具發展前景的快速成形技術。

 

SLM成型材料多為單一組分金屬粉末，包括奧氏體（tǐ）不鏽鋼、鎳（niè）基合金（jīn）、鈦基合金、鈷-鉻（gè）合金和貴重（chóng）金屬等。激光束快速熔化金屬粉末並獲得連續的熔道，可以直（zhí）接獲得幾乎（hū）任意形狀、具有完全冶金結合、高精度（dù）的近乎致（zhì）密金屬零件，是極具發展前景的金屬零件3D打印技術。其應用範圍已經擴展到航空航（háng）天（tiān）、微電（diàn）子、醫療、珠寶首飾等行業。

 

SLM工藝有多達（dá）50多個影響因素，對 成型效果具有重要影響的六大類：材料屬性、激光與光路係統、掃描特征、成型氛圍（wéi）、成型幾（jǐ）何特征（zhēng）和設備因素。目前，國內外研究人員主要針對以上（shàng）幾個影響因素進（jìn）行工藝研究（jiū）、應（yīng）用研究（jiū），目的都是為（wéi）了解決成型過程中出現（xiàn）的（de）缺陷（xiàn），提高成型零件的質量。工藝研究方麵，SLM成型過程中重（chóng）要工（gōng）藝參數有激（jī）光功率、掃（sǎo）描速度、鋪粉層厚、掃描間距（jù）和掃描策略等，通過組合不同的工藝參（cān）數， 使成型質（zhì）量最優。

 

SLM成（chéng）型過程中的主要缺 陷有球化、翹曲變形。球化是成型過程中上下兩層熔化不充（chōng）分，由於表麵張力的作用，熔化的液滴會迅速卷成球形，從而導（dǎo）致球化現象（xiàng），為了避免球化，應該適當地增大輸入 能量。翹曲變（biàn）形是由於SLM成型過程中（zhōng）存在的熱應力超過材料的強度，發生塑性變形引起，由於殘餘應力的測量（liàng）比（bǐ）較困難（nán），目前對（duì） SLM工藝的翹曲變形的研究主要是采用有限元方法進行，然後通（tōng）過實驗（yàn）驗證模擬結果的（de）可靠性。  SLM 技術的基本原（yuán）理是: 先在計算機上利用Pro /e、UG、CATIA 等三維造型軟件設計出零件（jiàn）的三（sān）維實體模型，然後通過切（qiē）片軟件（jiàn）對該三維模型進行切片分層，得到各截麵的輪廓數據，由輪廓數（shù）據生成填充掃描路徑，設備將按照這些填充掃描（miáo）線，控製激光束選區（qū）熔化各層的金屬粉（fěn）末材料，逐步堆疊成（chéng）三維金屬零件。

 

上圖（tú）為其成形原理圖： 激光束開始掃（sǎo）描前，鋪粉（fěn）裝置先把金屬粉（fěn）末（mò）平推到成（chéng）形缸的（de）基板上，激光束再（zài）按（àn）當前層的填充掃（sǎo）描線，選區熔化基板（bǎn）上的粉末（mò），加工（gōng）出當前層，然（rán）後成形缸下（xià）降1 個層厚（hòu）的（de）距離，粉料缸上升（shēng）一定厚度的距離，鋪粉裝置再（zài）在（zài）已（yǐ）加工好的當前層（céng）上鋪好金屬（shǔ）粉末，設備調入下（xià）一層輪廓的數據進行加工，如此層層加（jiā）工，直到整個零件加工完畢（bì）。整個加工過程在通有惰性氣體保護的加工室中進行，以避免金屬在高溫下（xià）與其他氣體發生反應（yīng）。  廣泛應用激光選區熔化技（jì）術的代表國家（jiā）有（yǒu）德國、美國等。他們都開（kāi）發出了不同的製造機（jī）型（xíng），甚至可（kě）以根據實際情況專門打造零件，滿足個性（xìng）化的需要。利用（yòng）EOSING M270設備成形的金屬零件尺寸較小，將其應用到牙橋、牙冠（guàn）的批量生產中既不會影響人們對其（qí）的使（shǐ）用，也不會產（chǎn）生不適感，且它的（de）致密度接近（jìn）100%，精（jīng）細度較好。與此同時（shí），利（lì）用 SLM 技術生產出的鈦合（hé）金零件還（hái）能夠運用（yòng）到醫學植入體中，促進（jìn）了醫學工作的發展（zhǎn）。

 

電（diàn）子束選區熔化技術( EBSM) 

EBSM是（shì）采用（yòng）高能（néng）電子束作（zuò）為加（jiā）工熱源，掃描成形可（kě）以通過操縱磁偏轉線圈（quān）進（jìn）行，且電子束具有的真空環境（jìng），還可（kě）以避免金屬粉（fěn）末在液相燒結或熔化過程（chéng）中被氧化。鑒於電（diàn）子（zǐ）束具有的上述優點，瑞典 Arcam公司、清華大（dà）學、美國麻省理工學院和美國 NASA 的Langley 研（yán）究中心，均開發出了（le）各自的電子束快速製造係統 ，前兩家利用電子束熔化鋪在工作台麵上的金屬粉末，與激光選區燒結技術類似；後兩家利用電子束熔（róng）化金屬絲材，電子束固定不動，金屬絲材通過送絲裝置和（hé）工作台移動，與（yǔ）激光淨成形製（zhì）造技術類（lèi）似。 

 

EBSM技術是20世（shì）紀90年代中期（qī）發展（zhǎn）起來的一種金屬零3D打（dǎ）印技術，其與SLM/DMLS係統的差別主要（yào）是熱源不同，在成型原理上基本相（xiàng）似。與以激光為能量源的金（jīn）屬零件3D打印技術相比，EBSM 工藝具有（yǒu）能量利用率高、無反射、功率密度高、聚焦方便等許多（duō）優點。在目前3D打印技術的數十種方法中，EBSM技（jì）術因（yīn）其能夠直接成型金屬零部件而受到人們的高度關注。

 

國（guó）外對EBM工藝理論研究相對較早，瑞典的Arcam AB公司研發了商（shāng）品化的EBSM設（shè）備EBM S12係列，而（ér）國內對EBSM工藝的研究相（xiàng）對較晚。Heinl等采用Ti6-Al4-V、Ramirez采用Cu、Murr采用（yòng）Ni基和Co基高（gāo）溫合金、Hernandez等人（rén）采用TiAl製備了一（yī）係列的開放式蜂巢結構。通過改變（biàn）預設（shè）置彈性模量E，可以獲得大小不同的孔隙，降低結構的密度，獲得（dé）輕量化的結構。K.N.Amato等（děng）人利用Co基高溫合金矩陣顆粒製（zhì）備了柱狀碳化物（wù）沉積（jī）結（jié）構。

 

Ramirez等采用Cu2O製備了新型定向微結構，發現（xiàn）在製備過程中，柱狀Cu2O沉（chén）澱在高純銅中這一現象。劉海（hǎi）濤等研究了工藝參數對電子束選（xuǎn）區熔化工藝（yì）過程的影響，結果表明掃描線（xiàn）寬與電子束電流、加速電壓和掃描（miáo）速度呈明顯的線性關係，通過調節搭接率和掃描路徑可以獲得較（jiào）好的層麵質量。鎖紅波等研究了EBSM製備的Ti-6Al-4V試件的硬度和拉伸強度等力學性能，結果表明成（chéng）型過程中Al元素損失明（míng）顯，低的氧氣含量及Al含量有利 於塑性（xìng）提高；硬度在同一層麵內和沿熔積高 度方向沒有明顯差（chà）別，均高於退火軋製板的硬度水平。 利用金屬粉末在電子束轟擊下熔化的原理，先在鋪粉平麵上鋪展一層粉末並壓實； 然後，電子束在計算機的控製下按照截麵輪廓的信息進行有選擇的熔化/燒結，層層堆積，直至整個零件全部熔化/燒結完成。

 

EBSM 技術主要有送粉、 鋪粉、 熔（róng）化（huà） 等工藝步驟，因此（cǐ），在其真空室應具備鋪送粉機構、粉末回收箱及成形平台。同時，還應包括電子槍係統、真空係統、電源係統和（hé）控製係統。其中，控製係統包括掃描控製係統、運動控製（zhì）係統、電源控製係統、真空控製係統和溫（wēn）度檢測係統，如圖 3 所示。 瑞典 Arcam 公司製造生產的 S12 設備（bèi）是電子束選區熔（róng）化技術在實際應用（yòng）中的最好實例（lì）。該公司（sī）在 2003 年就開始研究該項技術，並與多種領域結合探（tàn）究。目前，EBSM技（jì）術在生物醫學中得到了大量應用，相關單位正積極研究它在航空（kōng）航天領域中的應用，美國在空間飛（fēi）行器方麵的研究重點是飛行器和火箭發動機的結構製造以及月（yuè）球或空間站環境下的金屬（shǔ）直接成形製造。 

3、3D打印材料突破是（shì）發展基礎 

3D打印材料是3D打印技術發展的重要物質基礎，在某種程度上，材料的發展決（jué）定著3D打印能否有更廣泛的應用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和（hé）陶瓷材料等，除（chú）此（cǐ）之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細（xì）胞生物原料（liào）以及砂糖等食品材料也在3D打印領域得到了應（yīng）用。3D打印所用的這些原材料都是專門針對3D打印（yìn）設備和工（gōng）藝而研發的，與普通的塑料、石膏、樹脂等有所區別，其形態（tài）一般有粉末狀、絲狀（zhuàng）、層片狀、液（yè）體狀等。通常（cháng），根據打印設備的類（lèi）型及操作（zuò）條件的不（bú）同，所使用的粉（fěn）末狀3D打印材料的（de）粒（lì）徑為1～100μｍ不等，而（ér）為了使（shǐ）粉末保持良好的流動性，一般要求粉末要具（jù）有高球形度。  

3D 打印材料的研發和突破是（shì）3D打印技術推廣應用的基礎， 也是滿足打印的根本保（bǎo）證。 一是加（jiā）強材料的研製，形成完備的打印材料體係。 近幾年，3D 打印材料（liào）發展比較快，2013年，金屬材料打印增長了28%，2014年達到（dào）30%多， 約（yuē）占（zhàn） 3D打印材料的（de）12%， 金屬材料以鈦、鋁、鋼和（hé）鎳等合金（jīn）為主，鈦合金、高溫合金、不鏽鋼、模具鋼、高強鋼、合金鋼和鋁（lǚ）合金（jīn）等均可（kě）作為（wéi）打印材料，已經廣泛應用於裝備製造和修複（fù）再製造（zào）。  但目前還沒有（yǒu）一個 3D 打印材料體係， 現有材料還遠不能滿（mǎn）足 3D 打印的（de）需求。

 

用於激光立體成（chéng）形的材料主要是金屬惰（duò）性材料， 下一步需要嚐試其他活潑的金屬打印材料。  傳統用（yòng）於粉末冶（yě）金的金屬粉末尚不能完全適應3D打印的要求，且目前能運用於打印的金屬材料種類少，價格偏高（gāo）。國外已出現少數幾家專（zhuān）供3D打印的金屬粉末的公司，如美國Sulzer Metco、瑞典的Sandvik等（děng），但也隻（zhī）能提供少數幾種常（cháng）規金屬粉（fěn）末。國內材料研發相對滯後，打印粉末太貴（guì）。因為材料研發周期長，研發難度（dù）較設（shè）備大，企業（yè）出於利益的（de）最大化不願進行材（cái）料研發。黃（huáng）河旋風股份有限公司（sī）是國內為（wéi）數不多的從（cóng）事金剛石微（wēi）粉、CBN微粉生產的企（qǐ）業。高校（xiào）研究（jiū）又熱衷（zhōng）於3D打印裝備及軟件配套等，因此打印材（cái）料在很大程度上製約著金屬3D打印技術的發展及應用。 

4、金屬粉末 

3D打印所使用的金屬粉末一般要求純淨度高、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低。目前，應用於3D打印的（de）金屬粉末材料（liào）主要有鈦合金、鈷鉻合金、不鏽鋼和鋁合金材料等，此（cǐ）外還有用於打印首飾用的金、銀等貴金屬（shǔ）粉末（mò）材料。 3D 打印金屬粉末作（zuò）為金屬（shǔ）零件 3D 打印產業鏈最重要的一環，也是最大的價值所在。

 

在“2013年世界 3D 打印技術產業大會”上，世界 3D 打印行業的權威專家對3D打印金屬（shǔ）粉末給予明確定義，即指尺寸小於 1mm 的（de）金屬顆粒群。 包括單一金（jīn）屬粉末、合（hé）金（jīn）粉末以及具有金屬性質的某些（xiē）難熔化合物粉末。目前，3D 打印金屬粉末材料包括鈷鉻合（hé）金、不鏽鋼、工業鋼、青銅（tóng）合金、鈦合金和鎳鋁合金等。但是3D打印金（jīn）屬粉末（mò）除需具備良好的可塑性外，還必須（xū）滿足粉末粒徑細小、粒度分布較窄、球形度高、流動性好和（hé）鬆裝密度高等要求。

 

鈦合金 

鈦合（hé）金具有耐高溫、高耐腐蝕性（xìng）、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（yè）、運動器材及醫療器械（xiè）等領域得到了廣泛（fàn）的應用。  傳統（tǒng）鍛造和鑄造技術（shù）製備的鈦合（hé）金件已被廣泛地應用在（zài）高新技術（shù）領域，一架波音747飛（fēi）機用（yòng）鈦量達到42.7t。但是傳統鍛造（zào）和鑄造方（fāng）法生產大型鈦（tài）合金零件，由於產品成本高、工藝複雜、材料利用率低以及後續加工困難等不利因（yīn）素，阻礙（ài）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（jué）這些問題，因此該技術近年來成為一種直接製造鈦（tài）合金零件的新型（xíng）技術（shù）。  開發新型鈦基合金是鈦合（hé）金SLM應用研究的主要方向。由於鈦以及鈦合金的應變硬（yìng）化指數低（近似為0.15），抗塑性剪切（qiē）變形能力和耐磨性差，因而限製了其製件在高溫和腐蝕磨損條件下（xià）的使用。

 

然而錸（Re）的熔點很高，一般用於超高溫和強熱震（zhèn）工作環境，如美國 Ultramet公司采用（yòng）金屬（shǔ）有機化學氣相沉積法（MOCVD）製備 Re基複合噴管已經成（chéng）功應用於航空發動機燃燒室，工作溫度可達2200℃。因（yīn）此，Re－TI合金（jīn）的製備在航空航天、核能源和電子領域（yù）具有重大（dà）意（yì）義。Ni具有（yǒu）磁性和良好的（de）可塑性，因此Ni－TI合金是常用的一種形狀記憶合金。合金具有偽彈性（xìng）、高（gāo）彈性模量、阻尼（ní）特（tè）性、生物相容性和耐腐蝕（shí）性等性能。另外（wài）鈦合金多孔（kǒng）結構人造骨的研究日益增多（duō），日本京都大學通（tōng）過3D打印技術（shù）給4位頸椎間盤突出患者製作（zuò）出不同的人造骨並成功移植，該（gāi）人造骨（gǔ）即（jí）為Ni－TI合金。

 

不鏽鋼  

不（bú）鏽鋼具有耐化學（xué）腐蝕、耐高溫和力學（xué）性能良好等特性，由於其（qí）粉末成型性好、製備工藝簡單且成本低廉（lián），是（shì）最早應用於（yú）3D金屬打印的材料。如華中科技大學、南京航空航天大學、東北大學等院校在金屬3D 打印方麵研究比（bǐ）較深（shēn）入。現研究主要集中在 降低孔隙率、增加強度以及對熔化過程的金屬粉末球化機製等方麵。  李瑞迪等采用不同的工（gōng）藝參數，對304L不鏽鋼粉（fěn）末進行了SLM成形試驗，得出304L不鏽鋼致密度經驗公式，並總結出晶粒生長機製。

 

潘琰峰分析和探討了316L不鏽（xiù）鋼成形過程中球化產生機（jī）理和影響球化的因素，認為在激光功率和粉末層厚一定時，適當增大掃（sǎo）描速度可減小球（qiú）化現象，在掃描速（sù）度和粉（fěn）末層厚固定時（shí），隨著激光功率的增大（dà），球化現象加重。Ma等通過對1Cr18Ni9Ti不鏽鋼粉末進行激光熔（róng）化，發現粉末層厚從60μｍ 增加（jiā）到（dào）150μｍ時，枝晶間（jiān）距從0.5μｍ增加到1.5μｍ，最後穩定在2.0μｍ 左右，試（shì）樣（yàng）的硬（yìng）度依賴於熔化區域各向異性（xìng）的微結構和晶粒（lì）大（dà）小。薑煒采用一係列的不鏽（xiù）鋼粉末（mò），分別研究粉末特性和（hé）工藝參數對SLM成形質量的影（yǐng）響（xiǎng），結果表明，粉末材料的特（tè）殊性能和工藝參數對SLM 成形影響（xiǎng）的機（jī）理主要是在於對選擇性激（jī）光成形過程當中熔池質量（liàng）的影響，工藝（yì）參數（激光功率（lǜ）、掃描速度）主要影響熔（róng）池的深度和寬度，從而決定SLM 成形件的質量。

高溫（wēn）合金 

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應力環境下長期工 作的一類金屬材料。其具有較高的高（gāo）溫強（qiáng）度、良好的抗熱（rè）腐蝕和抗氧化性（xìng）能以及良好的（de）塑性和韌性。目（mù）前按（àn）合金基體（tǐ）種類大（dà）致可分為鐵基、鎳基和鈷基合金3類。高溫合（hé）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（jīn）材料的使用量占（zhàn）發動機總質量的40％～60％。現代高性能航空發動機的發展對高溫合金的使用（yòng）溫度和性能的要求越來越高（gāo）。傳統的（de）鑄錠冶金工（gōng）藝冷卻速度慢，鑄（zhù）錠中某些元素和第二相偏析嚴重，熱加工性能差，組織不均勻，性能不穩定。而（ér）3D打印技術在高溫合金成形中成為（wéi）解決技術（shù）瓶頸的新方法。美國航空航天局聲稱，在2014年8月22日進行的高（gāo）溫點火試驗中，通過3D打印技（jì）術製造的火箭發動機噴嘴產生了創紀錄的9t推力。

 

鎂合金 

鎂合金（jīn）作為最（zuì）輕的結構合金，由於（yú）其特殊的高強度和阻尼性能，在諸多應用領域鎂合金（jīn）具有替代鋼和鋁合金（jīn）的可（kě）能。例（lì）如鎂合金在汽車以及航空器組件（jiàn）方麵的輕量化（huà）應用，可降低燃料使（shǐ）用量和廢氣排放。鎂合金具有原位降解（jiě）性並且其楊氏模（mó）量低，強度（dù）接（jiē）近（jìn）人骨（gǔ），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（yìn）技術自20世紀90年代出現以來，從一開始高分子材料的打印逐（zhú）漸聚焦到金屬（shǔ）粉末的打印，一（yī）大批新技術、新設備和新材料被開發應用。當前，信息技術（shù）創（chuàng）新步伐不斷推進，工業生產（chǎn）正步入智能化、數字化的新階段。2014年（nián）德國提出“工業4.0”發展計劃，勢必引（yǐn）起（qǐ）工業領域顛覆（fù）性的改變與創新，而3D打印（yìn）技術（shù）將是工業智能化發展的強大推（tuī）力。金屬粉末3D 打印技術目前已（yǐ）取得了（le）一定成果，但材（cái）料瓶（píng）頸勢必影響3D打印技術（shù）的推廣，3D打印技術對材料提出了更高的要求。現適用於工業用3D打印的金屬（shǔ）材料種類繁多（duō），但（dàn）是隻有專用的粉末材料才（cái）能滿足工業生產要求。

 

3D 打印金屬材料的發展方（fāng）向主要（yào）有3個方麵：

一是如何在現有使用材料的基礎上加（jiā）強材料結構和屬性之間的關係研究，根據材料的性質進（jìn）一步優化工藝參數，增加打印速度，降低（dī）孔（kǒng）隙率和氧含量，改善表麵質量；

 

二是研發新材料（liào） 使其適用於3D打印，如開發耐腐（fǔ）蝕、耐高溫和綜（zōng）合力（lì）學性能優異的新材料（liào）；

 

三是修訂並完善3D打印粉體材料技術標準體係（xì），實現金屬材料打印技術標（biāo）準的製度化和常態化。