1、What is 金屬3D打印（yìn） ？

今天，小編（biān）給（gěi）大家講講應用於航空航天、汽車製（zhì）造、珠寶（bǎo）、醫療等行業領域的金屬3D打印材料（liào）。

 

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金屬3D打印是屬於數字熱加（jiā）工的一項技術，目前製備金屬的3D打印技術主要（yào）有：選區激光熔（róng）化/燒結（SLM/SLS)、電子束選區熔化（EBSM)、激光近淨（jìng）成形（LENS)等。與傳統工藝相比，金屬3D打（dǎ）印有（yǒu）直接成型，無需模具，可以（yǐ）實現個性化設計（jì）並製作複雜結構，高效、低消耗、低成本等優點。但是因為（wéi）其是數字熱加（jiā）工，變形是（shì）無法（fǎ）消除的，變形量需要從工藝（yì）和經（jīng）驗上去控製，最後（hòu）還要經過數控機床等技術的後（hòu）期加工處理。

 

 

 

2、What are 金屬3D打印企業 at home and aboard ？

雖然（rán）說3D打（dǎ）印在國內近幾年熱度才升起來，但就國際而言，3D打（dǎ）印發展（zhǎn）早在20世紀（jì）80年代就已經興起了。國（guó）際範（fàn）圍內，美國Argen Corporation(在牙科金屬材料領域尤其有實力），美國Carpenter Technology，德國（guó）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（lǐng）域尤（yóu）其擅長），瑞典（diǎn）Sandvik，德國SLM Solutions等企（qǐ）業在各自的金屬打印領域提供了一係（xì）列的行業解決方案。相比國外（wài），國內金屬3D打印材料大部分依賴進（jìn）口，價格昂貴，這也促使（shǐ）國內致力於3D打（dǎ）印金屬材料的企業和機構自主研發金屬3D打印材料。

 

 

 

3、In where 金屬3D打印材料 be used ？

金屬（shǔ）3D打印（yìn）材料的應用領（lǐng）域相當廣（guǎng）泛，例如，石化工程應用、航空航天、汽（qì）車製造、注塑（sù）模具、輕金屬合金鑄造、食品加工、醫療、造紙、電力（lì）工業、珠寶、時裝等。

　　但是，因（yīn）為金屬3D打印材料本身的材料屬（shǔ）性，其都有（yǒu）特定的應用領域（yù）範圍，因此，金屬3D打印材料選擇的過程是一個權衡多個因素的過程（chéng）。而（ér）且，3D打印（yìn）金屬不能僅僅憑借金屬3D打印機的（de）參（cān）數來衡定，每種金屬材料都有適合自身特性的極限點，包（bāo）括應用、功能、穩定性、耐久性、美觀性（xìng）、經濟性都是設計師要考慮的因素。

　　現今，國內外金屬3D打（dǎ）印機采用的金（jīn）屬粉末一般有：工具鋼、馬氏體鋼（gāng）、不鏽鋼、純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、銅基合金、鈷鉻合金等（děng）。

 

1.工具鋼和馬氏體鋼

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工具鋼（gāng）

　　以工具鋼和馬（mǎ）氏體鋼為例，工具鋼的適用性來源於（yú）其（qí）優異的硬度、耐磨性和抗形變能（néng）力，以及在高溫下保持切削刃的能力。模具H13熱作（zuò）工具鋼（gāng）就（jiù）是其（qí）中一種，能夠承受（shòu）不確定（dìng）時間的工藝條件；馬氏體鋼，以馬氏體300為例，又稱（chēng）“馬氏體時效”鋼，在時效過（guò）程中的高強度、韌性和尺寸穩定性都是眾所（suǒ）周知的。他們與其他鋼不同（tóng），因為他們是（shì）不含碳的，屬於（yú）金屬間化合物，通過（guò）豐（fēng）富的鎳、鈷和鉬的冶金反應硬（yìng）化。由於高硬度（dù）和（hé）耐（nài）磨性，馬氏體300才（cái）適用於許多模具的應（yīng）用，例如，注塑模具、輕金（jīn）屬合金鑄造、衝壓和擠壓等，同（tóng）時，其也廣泛應（yīng）用於航空航天、高強度（dù）機身部件（jiàn）和賽（sài）車零部件。

 

 

2.不鏽鋼

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不鏽鋼

　　不鏽鋼與碳（tàn）鋼不同，目前的鉻含量不同，10.5%鉻（gè）含量最低的鋼合金，不鏽鋼（gāng）不容易生鏽（xiù）腐蝕。目（mù）前，應用於金屬3D打印（yìn）的不（bú）鏽鋼主要有三種：奧氏體不鏽鋼316L、馬氏體不鏽鋼15-5PH、馬（mǎ）氏體不鏽鋼17-4PH。

　　奧氏體（tǐ）不鏽鋼316L，具有高強（qiáng）度和耐（nài）腐蝕性，可在很寬的溫度範圍下（xià）降到低溫，可應用於航空（kōng）航（háng）天、石化（huà）等多種工程應用（yòng），也可以用於食品加工和醫療等領域。

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

　　馬氏體不鏽鋼17-4PH，在高達315℃下（xià）仍（réng）具有高強度（dù）高韌性，而且耐腐蝕性超強，隨著激光加工狀態可以帶倆極佳的延展（zhǎn）性。

 

 

3.合（hé）金

　　金屬3D打印材料應用最為廣泛的金屬粉末合金主要有純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、鈷鉻合金、銅基合金等。

 

1）純鈦及鈦合金

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鈦（tài）合金

　　目前應用於市場的純鈦（tài），又稱商業純鈦，分為1級和2級粉體，2級強於1級，對於大多數的（de）應用同樣具有（yǒu）耐腐蝕性。因為純鈦2級具有良好的（de）生物相容（róng）性，因此在醫（yī）療行業具（jù）有廣泛的應用前景。

　　鈦是鈦合金產業的關（guān）鍵。目前，應用（yòng）於金屬3D打印的鈦合金（jīn）主要是鈦合金5級和（hé）鈦合金（jīn）23級，因為其優（yōu）異的強度和韌性，結合耐腐蝕、低比重和生物相容性（xìng），所以（yǐ）在航空（kōng）航（háng）天和（hé）汽車製造中（zhōng）具有非（fēi）常理想的應用，而且，因為強度高、模量低、耐（nài）疲勞性強，應用於生產生物醫學植入物。鈦合（hé）金23級，純度更（gèng）高，是神級（jí）一樣的牙科和醫療鈦品級。

 

2）鋁合金

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鋁合（hé）金

　　目前，應用於（yú）金屬3D打印的鋁合金主要有鋁矽AlSi12和（hé）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（yīng）用於航空航天及航空工業級的（de）原型及生產零部件（jiàn）；矽/鎂（měi）組合使（shǐ）鋁合金更具（jù）強度和（hé）硬度，使其適用於薄壁以及複雜的幾何形（xíng）狀的零件，尤其是在具（jù）有良好的熱（rè）性（xìng）能和低重量場（chǎng）合中。

 

3）鎳（niè）基合金

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　　一般情況下，鎳基合金都（dōu）具有良好的抗拉伸、抗疲勞（láo）和抗熱疲勞性能。目前，主要（yào）有（yǒu）Inconel 738、Hastelloy X、Inconel 625、Inconel 713、Inconel 718等（děng）。

　　Inconel 738具有良好的高溫蠕變斷裂強度，抗熱腐蝕性是較低鉻含量的超合金，可長期暴露於高達（dá）920-980℃的高溫腐蝕性的環境中，適用於飛機發動機、燃（rán）氣輪（lún）機。

　　Hastelloy X在高溫下具有高強度（dù）和抗氧化性，在高達1200℃的環境中，也具有良（liáng）好（hǎo）的延展性，目前（qián），主要應用於航空航天技術中，例如燃氣輪（lún）機部件和燃燒區組件如過渡管、燃燒（shāo）器罐（guàn）、噴杆、排氣管（guǎn）、加力燃燒室等；而且還因為具（jù）有耐（nài）應力腐蝕開裂的性能，應用於工業爐、石油（yóu）化工及化學過程（chéng）工業中。

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

　　Inconel 713具有優異的抗熱疲勞性能（néng），以及在927℃的特殊斷（duàn）裂（liè）強度，適（shì）用於噴氣發動機燃氣輪機葉片。

　　Inconel 718是基於鐵鎳硬化的超合金，具有良好的耐腐蝕性及耐熱、拉伸、疲勞、蠕變性，適用於（yú）各種高端應用，例如，飛機渦輪發動機和陸基渦輪機等。

 

4）鈷（gǔ）鉻合金

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鈷鉻合金粉

　鈷鉻合金具有高強度、耐腐（fǔ）蝕性強（qiáng）、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、膝關節和髖關節，同（tóng）時其還可用於發動機部件以及時裝、珠寶行業等。

 

5）銅（tóng）基合金

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青銅粉

　　應用於市場的銅基合金，俗稱青銅，具有良好的導（dǎo）熱性和導電性，可以結合設計自由度，產生複雜的內部結構和冷卻通道，適（shì）合冷（lěng）卻更有效的工具插入（rù）模具，如半導體器件，也可用於微型換熱器，具有壁薄、形狀（zhuàng）複雜的特征。

 

4、What problem 金屬3D打印 has ？

就國內而言，在金屬3D打印領域具有（yǒu）較高權（quán）威的3D打印企業當屬西安鉑力特，公司一直專（zhuān）注於高性能致密金屬零件的激光（guāng）立體成（chéng）形製造，以及金屬零件的激光修複（fù）再製造，涵蓋各種（zhǒng）鈦合金、高溫合金、不鏽鋼（gāng）、模具鋼、鋁合金等（děng）材料。

　　據西安鉑力特區域經理周（zhōu）靈峰介紹，國內的（de）傳統製造業體量非常巨大，產品（pǐn）種類琳琅滿目，而3D打印作為（wéi）一項前沿科技，遠（yuǎn）遠談不上顛覆製造業，兩（liǎng）者是相輔相成、相互促進、協同發展的。雖然，3D打印是一項自由結構製造的（de）技（jì）術，但是，需要有很多加工方法來規避3D打印後處理的的痛點。因此，傳（chuán）統製造業所使用的數控機床加工技（jì）術（shù）就顯得尤為重要，其（qí）與3D打印相得益彰，不同的產品在利用這兩種技術時可以變化主導製造流程，塑造的產品會更（gèng）加完美（měi）。

 

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　　至於要真正加工一個近乎完（wán）美的金屬件，設備載體固然重要，但是需要軟件、工藝、材料相互協調，當然，用金屬3D打印機製造零（líng）部件或者加工產品，首（shǒu）先需要熟悉材料，然後再談精密機械。而且，金屬打印，因為支（zhī）撐問題，會導致後期零件無法加（jiā）工，可能需要考慮更多材（cái）料（liào）成分的配比關係來迎合打印（yìn）過程（chéng）中其他（tā）因素對材料特性的影響。以3D打印航空航天（tiān）零部件為例，航空航天上使用（yòng）的金屬部件都是在極端（duān）環境下的，具有強抗腐蝕性、耐高溫、金屬強度高（gāo）的特點，如果（guǒ）不熟悉材料特征，如何利用3D打印控製製造金屬零部件呢？因此，熟悉材（cái）料就顯得尤為重要。

　　另外，金屬3D打印材料成本較高，一方麵是因為國內大（dà）部分的金屬3D打（dǎ）印材料依賴進口，另一方麵，前期研發金屬打印新材料需要消耗大量的科研經費及人（rén）力、物力資源。但是，開發專用的金屬3D打印原材料是推動金屬3D打印發展的必（bì）然因素，而且，這也能（néng）催生新產（chǎn）業的發展。

 

 

 

 

5、Summary

內（nèi）行（háng）看門道，外行（háng）看熱鬧。就國內金屬3D打印的發（fā）展現狀而言，中國還有很長的路要走。據介紹，我們看到，美國在走“互聯網（wǎng）+”，德（dé）國走“+互聯網（wǎng）”，然後（hòu）中國以（yǐ）德為師（shī），提出工業4.0。但是，我（wǒ）們要認識到，德國具有雄厚（hòu）的工業基礎作為支撐，才提（tí）出製造業（yè）+互聯網，相比而言，中國的製造業基礎還是薄（báo）弱的，而且研究基礎也不高，這也是製約金（jīn）屬3D打（dǎ）印材料發展的關鍵因素之一（yī）。現今國家提出“互聯網+製造業”，是（shì）希望把個人的因素（sù）融合進來，讓知（zhī）識流動性加強，然後逐步推（tuī）進“互聯網+製造業”，促進傳統製造業（yè）的轉型升級，推動3D打印的快速發展。