3D打印所使（shǐ）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（hán）量低。目前，應用於3D打印（yìn）的（de）金屬粉末（mò）材料主要有鈦合（hé）金、鈷鉻合金、不鏽鋼和鋁合金材料等，此外還有用於打印（yìn）首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料（liào）。3D 打印金屬粉末作（zuò）為金屬零件3D 打印（yìn）產業鏈最重要的一環，也是最大（dà）的價值所在（zài）。

1488349564631035837.png

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（wēi）專家對3D打（dǎ）印金屬粉末給（gěi）予明確定義，即（jí）指（zhǐ）尺（chǐ）寸小於1mm 的金屬顆粒群（qún）。包括（kuò）單一金屬粉（fěn）末、合金粉末以及具有金屬性質的某些難熔（róng）化合物粉末。目前，3D 打印金屬粉末材料包括鈷鉻合金、不鏽鋼、工業鋼、青銅合金、鈦合金和鎳鋁合金等。但是3D打印金屬粉末除需具（jù）備良好的可塑（sù）性外（wài），還必須滿足粉末（mò）粒徑（jìng）細小、粒度分（fèn）布較窄、球（qiú）形（xíng）度高、流動性好和鬆裝密度高等要（yào）求。

 

鈦合金（jīn）

鈦合金具有耐高溫、高耐腐蝕性、高強度、低密度以及生物相容性等（děng）優點，在航空航天、化工、核工業（yè）、運動器材及（jí）醫療（liáo）器械等領域得到了廣泛的應用。傳統鍛造和（hé）鑄造技術製備的鈦合金件已被廣泛地應用在高新（xīn）技術領（lǐng）域，一架波音747飛機用（yòng）鈦量達到42.7t。但是傳統鍛造和鑄造（zào）方法生產大型鈦合金零件，由於產品成本（běn）高、工藝複雜、材料利用率低以（yǐ）及後續（xù）加工困難等不利因素，阻礙（ài）了其（qí）更為廣泛的應用。而金屬（shǔ）3D打印技術可（kě）以從（cóng）根（gēn）本上解決這些問題，因此該技術近年來成為一種直接製造鈦合金零件的新型技術。開發新型鈦基（jī）合金是鈦合金SLM應（yīng）用研究的主要方向。由於鈦（tài）以及鈦合金（jīn）的應變硬化指數（shù）低（dī）(近（jìn）似為0.15)，抗塑性剪切變形能力和耐磨性（xìng）差，因而限製了其製件在高溫和腐蝕磨損條件下的使用。

然而錸(Re)的熔點很高（gāo），一般用於超高溫和強熱震工作環境，如美國 Ultramet公司采用金（jīn）屬有（yǒu）機化學氣相沉積法(MOCVD)製備 Re基複合噴管已經成功應用於航空發動機燃燒室，工作溫度（dù）可達（dá）2200℃。因此，Re-TI合金的製備在航空航天、核能源和電子領域具（jù）有重大意義。Ni具有磁性和良好的可塑性（xìng），因此Ni-TI合金是常（cháng）用的（de）一種形狀記憶合金。合金（jīn）具有偽彈（dàn）性、高彈性模量、阻尼特性、生物相容性（xìng）和耐腐蝕性等性（xìng）能。另外鈦合金多孔結構人造骨的研究日益增多，日本京都大學通過3D打印（yìn）技術給4位頸椎間盤突（tū）出患者製作出不（bú）同的人造骨並（bìng）成功移植，該人造骨即為Ni-TI合（hé）金。

不鏽鋼

不鏽鋼具有耐化學腐蝕、耐高溫和力學性能良好等特性，由於其粉末（mò）成型性好、製備工藝（yì）簡單（dān）且成本低廉，是最早應用於3D金屬打印的材料。如（rú）華中科技（jì）大學、南京航空航天大學、東北大學等（děng）院校在金屬3D 打印方麵（miàn）研（yán）究（jiū）比較深入。現研究主要集中在降低孔隙率（lǜ）、增加強度以及對熔化過程的金（jīn）屬粉末球化機製等方麵。李（lǐ）瑞迪等采用（yòng）不同的工（gōng）藝參數，對304L不鏽鋼粉末（mò）進（jìn）行（háng）了SLM成形試驗（yàn），得出304L不鏽鋼致密（mì）度經驗公式，並（bìng）總結出晶粒（lì）生長機製。

潘琰峰分析和探討（tǎo）了316L不鏽鋼成形過程中球化產生機理和（hé）影響球化的因素，認為在激光功率和粉末層厚一定時，適（shì）當增大掃描速度可減小球化現象，在掃描速度和粉末層厚固定時，隨著（zhe）激光功率的增大，球化現（xiàn）象加重。Ma等通過對1Cr18Ni9Ti不鏽鋼粉末進行激光熔化，發現粉（fěn）末層厚從60μm 增加到150μm時，枝晶間距從0.5μm增加到1.5μm，最後穩定在2.0μm 左右，試樣的（de）硬（yìng）度依賴（lài）於熔化（huà）區域各向異性的微結構和晶粒大小。薑煒采（cǎi）用一係列的不（bú）鏽（xiù）鋼粉末，分別研究粉末特性和工藝（yì）參數對SLM成（chéng）形（xíng）質量的（de）影（yǐng）響，結果表明，粉末材料的特殊性能和工藝參（cān）數對SLM 成（chéng）形影響的機理主要是在於對選擇（zé）性激光成形過程當中熔池質量的影響（xiǎng），工藝參數(激光功率、掃描速度)主要影響熔池的（de）深度和寬度，從而決定SLM 成形件的質量。

 

高溫合金

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為（wéi）基，能在600℃以上的高溫及一（yī）定應力環境下長期工作（zuò）的一類金屬材料。其具有較高的高溫強度、良好的抗熱腐蝕和抗氧化性能以及良（liáng）好的（de）塑性和韌（rèn）性。目前按（àn）合（hé）金基體種類大致可分為鐵基、鎳基（jī）和鈷基合金3類。高溫合金主要用於（yú）高性能（néng）發動機，在現代先（xiān）進的航空發動（dòng）機中，高溫合金材（cái）料的使用（yòng）量占發動機總質量的40%～60%。現代高性能航空（kōng）發（fā）動機的發展對高溫合金的（de）使用溫度和性能（néng）的要（yào）求越來越高（gāo）。傳統的鑄錠（dìng）冶金工藝冷卻速度慢，鑄錠中某些元（yuán）素和第二（èr）相偏析嚴重，熱加工性（xìng）能差，組織不均勻，性能不穩定。而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。美國航（háng）空航天局聲稱，在2014年8月22日進行的高溫點火試（shì）驗中，通過3D打印技（jì）術製造的火箭發動機（jī）噴嘴產生了創紀（jì）錄的9t推力。

 

鎂合金

鎂合金（jīn）作為最輕的結構合金，由於其特殊的高強度和阻（zǔ）尼性能，在諸多應用（yòng）領域鎂合金具有替代（dài）鋼和鋁（lǚ）合金的可能。例如鎂合金在汽車以及航空器組件方麵（miàn）的輕量化應用，可降低燃料使用（yòng）量和廢氣排放。鎂合金具有原（yuán）位降解性並且其楊氏模量低，強度接近人（rén）骨，優異的生物相容性，在外科植入方麵比（bǐ）傳統合金更有應用前景。

3D打印技術在工業領（lǐng）域、生物醫學領域、文化創意領域的深度應用，並促進3D打印與航（háng）空航天、軍工（gōng）、汽車及零部（bù）件、工業設（shè）計、文化創（chuàng）意（yì）、創新教育、骨科、等大外科、康複（fù）、文物修複（fù）等傳統（tǒng）技術的結合。