近年（nián）來，3D打印技術逐漸應（yīng）用於實（shí）際產品的製造，其中，金屬材料的3D打印技術發展尤其迅速。在國防領域，歐美（měi）發達國家非常（cháng）重視3D打（dǎ）印技術的發展，不惜投入巨資（zī）加以研究（jiū），而3D打印（yìn）金屬零部件（jiàn）一直是（shì）研究和應用（yòng）的重點。 不大能打（dǎ）印模具、自行車，還能打印出gun等武器，甚至能夠打印出（chū）汽車、飛機等大型設備裝備。

 

作為一種新型製造技術，3D打印已展現出了十分廣闊的（de）應用前景,而且在裝備設計與製造、裝備保（bǎo）障、航空航天等更多（duō）的領域展（zhǎn）現出了強勁的發（fā）展（zhǎn）勢頭。

 

 

 

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3D打印概述  

 

基（jī）本概述  

 

3D打印技術的核心思想最早起源19世紀末的美國，但是（shì）直到20世紀80年代中期才有了雛形，1986年美國人Charles  Hull發明了第一台3D打印機。我國是從1991 年開始研究3D打印技術的，2000年前後，這些（xiē）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），即開發樣品之前的實物模型（xíng）。現在也有叫快速成型技術，增材製造（zào）。但為便於公眾接受，把這種新技術統稱為3D打印。  3D打印是快速成型技術（shù）的一種，它是一（yī）種（zhǒng）以數字模型設計為基礎，運用粉末狀（zhuàng）金屬或樹脂等可粘合材料，通過逐層“增材（cái）”打印的方式來（lái）構（gòu）造三維物體的技術。

 

3D打印被稱作“上個（gè）世紀的思想和技術，這個世紀的市場”。而且（qiě）我國在3D打印航（háng）空（kōng）航天方麵最近還取得（dé）了突破， 3D打印部件從3kg減重到600g，減重80% 。

 

 

 

3D打印特點

 

1）精度高。目前（qián）3D打印設（shè）備的精度基本都可控製在0.3mm以下。

 

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

 

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

 

4）材料的（de）多樣性。一個3D打印係統往（wǎng）往可以實現不（bú）同材料的打印（yìn），而這種材料的多樣性可以滿足不（bú）同領域的需要。

 

5）成本相對較低。雖然現在3D打印係統和3D打印材料（liào）比較貴，但如果用來製作個性化產品，其製作成本相對就比較低了。 

 

 

 

2

金屬3D打（dǎ）印技術

 

金屬零件3D打印技術作為整個3D打印體係中最為前（qián）沿和最有潛力的技術，是先進（jìn）製造技術的重要發展方向。隨著科技發展及推廣應用的（de）需求，利用（yòng）快速成（chéng）型直接製造（zào）金屬功能零件成（chéng）為了快速成型主要的發展方向。

 

目前可用於直接製造金屬功能零件的快速成型方法主要有：選區激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）、電子束選區熔化（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術（shù）( LENS) 

 

LENS是一種新（xīn）的快速成形技（jì）術（shù），它由美國Sandia國家實驗室首先提出（chū）。其特點是: 直接製造形狀結構複雜的（de）金屬（shǔ）功能零件或模具； 可加（jiā）工的金屬或合金材料範圍（wéi）廣泛並能實現（xiàn）異質材料零件的製（zhì）造； 可方便加工熔點高、難加（jiā）工的材料。

 

 

 

LENS是在（zài）激（jī）光熔覆技術的基礎上發（fā）展起（qǐ）來的一種金屬零件（jiàn）3D打印技術。采用中、大功率激光（guāng）熔化同步（bù）供給的（de）金屬（shǔ）粉（fěn）末，按照預設軌跡逐層沉積在基板上，最終形成金屬零件（jiàn）。

 

1999年，LENS工藝獲得了美國工業界中“最富創（chuàng）造力的25項技術”之（zhī）一的稱號。國外研究人員（yuán）研究（jiū）了LENS工藝製備奧氏體不鏽鋼試件的硬度分布，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體的多孔和功能梯度結構，采用的材料為Ni、Ti等與人體具有良好相容性的合金，製備的植入體的（de）孔隙率最高能達（dá）到70%，使用壽命達到7-12年。

 

Krishna等人采用Ti-6Al-4V和Co-Cr-Mo合金製備了（le）多孔生物（wù）植入體，並研究了植（zhí）入體（tǐ）的力學（xué）性能（néng），發現孔隙率為10%時，楊氏模量達到90 GPa，當（dāng）孔隙率為70%時，楊氏模量急劇降到2 GPa，這樣就（jiù）可（kě）以通過改變孔隙率，使植入體的力（lì）學性能與生物（wù）體適配。

 

Zhang等製備了網狀的 Fe 基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金屬玻璃（MG）組（zǔ）件，研究發現MG的顯微（wēi）硬度達到9.52 GPa。

 

Li通過LENS工藝修複定向凝固高（gāo）溫合金（jīn）GTD-111。國內的薛春芳等采（cǎi）用LENS工藝，獲得微觀組織、顯微硬度和機械性能良好的網狀的Co基高溫合金薄壁零件。費群星等（děng）采用LENS工藝成型（xíng）了無變形的Ni-Cu-Sn合金樣品。

 

 

 

在LENS係統中（zhōng），同軸（zhóu）送粉器包括送粉 器、送粉頭和保護氣路3部分。送粉器包括粉末料箱和粉末定量送給機構，粉末的流量由步進（jìn）電機的轉速決定。為使金屬粉末在自重作用下增加流（liú）動性，將送粉器架設在2.5 m的高度上。從送粉器（qì）流出的金屬粉（fěn）末經（jīng）粉末分割器平均分成4份並通過軟管流入粉頭，金屬（shǔ）粉末從粉頭的噴嘴噴射到激光焦點的位置完成熔化堆積過程（chéng）。全部粉末路徑由保護氣體推動，保護氣體將（jiāng）金（jīn）屬粉末與空（kōng）氣隔離，從（cóng）而避免金屬粉末氧化。LENS 係統同軸送粉器結構示（shì）意圖見圖1。

 

目前，快速原（yuán）型技術已經逐步趨於成熟，發達國家也將激光工程化淨成形技術作為研究的重（chóng）點，並取得（dé）了一些實質性成果。在實際應用中，可以利用該技（jì）術製作出功能複 合型（xíng）材料，可以修複高附加值的鈦合金葉片，也可（kě）以運用到直升機、客（kè）機、導彈的（de）製作中。另外，還能將該技（jì）術運用於生物植入領域，采用與人體具（jù）有相容性（xìng）的Ni、Ti材質製（zhì）備植入體，有效提升了空（kōng）隙（xì）率（lǜ），延長了植入體的（de）使用時長。

 

 

 

 

激光選區熔化技（jì）術（shù）( SLM) 

 

SLM 是金屬 3D 打印領域（yù）的重要部分，其發展曆程經曆低熔點非金屬粉末燒結、低熔點包覆高熔點粉末燒（shāo）結、高熔點（diǎn）粉（fěn）末直接熔（róng）化成形等階段。由美國德克薩斯（sī）大學奧斯汀分校在 1986年最早申請專利（lì），1988年研製成（chéng）功了第1台SLM 設備，采用精細聚焦光斑快（kuài）速熔化成30 ～51 μm 的預置粉末材料，幾乎可以直接（jiē）獲得任意形狀以（yǐ）及具（jù）有完全冶金結合（hé）的功能零件。致密度可達到近乎 100%，尺寸精（jīng）度達 20 ～ 50 μm，表麵粗糙度達20 ～30 μm，是一種極具發展前景的快速（sù）成形技術。

 

 

 

SLM成型（xíng）材料多為單一組分金屬粉末，包括奧氏體不鏽（xiù）鋼、鎳基合金、鈦基合金、鈷-鉻合金和貴（guì）重金屬等。激光束快速（sù）熔化金屬粉末並獲得連（lián）續的熔道，可以直接獲得幾乎任意形狀（zhuàng）、具有完全冶（yě）金結合（hé）、高精（jīng）度的近（jìn）乎致密金（jīn）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天、微電子（zǐ）、醫療、珠寶首飾（shì）等行業。

 

SLM工藝有多達50多個影響（xiǎng）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（fēn）圍、成型幾何特征（zhēng）和設備因素。

 

目前，國內外研究人員主要針對（duì）以上幾個影響（xiǎng）因素進（jìn）行工藝研究（jiū）、應用研究，目的都是為了解決成型過（guò）程中出現的缺陷，提高成型零件的質量。工藝研究方麵，SLM成型過程中重要工藝參數有激光功率、掃描速度、鋪粉（fěn）層厚、掃描間距和掃描策略等，通過組合不（bú）同的工藝（yì）參數， 使成型質量最優。

 

 

 

SLM成型過程（chéng）中的主要缺 陷有球化、翹曲變形。球化是（shì）成型過程中上下兩層熔化不充分，由於表麵張（zhāng）力的作用，熔化的液滴會迅速卷成球形，從而導致球（qiú）化現象，為了避免球化，應該適當（dāng）地增大輸入（rù） 能量。翹曲變形是由於SLM成型過程中存在的熱應（yīng）力超過（guò）材料（liào）的強（qiáng）度，發（fā）生塑（sù）性變形引起，由於殘（cán）餘（yú）應力的測量比較困難，目前對 SLM工藝的翹曲變形的研究主要是采用有限元方法進行，然（rán）後通過實驗驗證模擬（nǐ）結果的可靠性。

 

SLM技術的基本原理是: 先在計算機上利用Pro/e、UG、CATIA 等三（sān）維造型（xíng）軟件設（shè）計出（chū）零件的三維實體模型，然後通過切片軟件對該三維模型進（jìn）行切片分層（céng），得到各截麵的輪廓數據，由輪廓數據生（shēng）成填充掃描路徑（jìng），設備將按照這些填充掃描線，控製激光束（shù）選區熔化各層的金屬粉末材（cái）料，逐步堆疊成三維（wéi）金屬零件。

 

 

 

上圖為（wéi）其成形原理圖： 激光束開始掃描前，鋪粉裝置先把金屬粉末平推到成形缸的基板上，激光束再按當前層的填充掃描線，選（xuǎn）區（qū）熔化基板上（shàng）的粉末，加工出當前層（céng），然後成形缸下降1個層厚的距離，粉料（liào）缸上升一定厚度的距離，鋪粉裝置再在已加工好（hǎo）的當前層上鋪好金屬（shǔ）粉末，設備調（diào）入下一層（céng）輪廓的（de）數據進行加（jiā）工，如此層層加工，直到整個零件加工（gōng）完畢。

 

整個加工過程在通有惰性（xìng）氣（qì）體保護的加工室中進行，以避免金屬在高溫下與其他（tā）氣體發生反應。  廣泛應用激光選區熔化技術的代表國家有德國、美國等。他們都開發出了不（bú）同的製造機型（xíng），甚至可以根據實際情況專（zhuān）門打造零件，滿足個性化的需要。

 

利用EOSING M270設備成形的金屬零（líng）件尺寸較小，將其應用（yòng）到牙橋（qiáo）、牙冠的批（pī）量生產中（zhōng）既不會影響人們對其的使用，也不會產（chǎn）生不適感，且它的致密度接近100%，精（jīng）細度較好。

 

與此同時，利用（yòng） SLM 技術生產出的鈦合金零件還能夠運用到醫學植入體中，促進了醫學工作的發展。

 

電子（zǐ）束選區熔化技術( EBSM) 

 

EBSM是采（cǎi）用高能電子束作為加工熱（rè）源，掃描（miáo）成形可以通過操縱磁偏轉線圈進行，且（qiě）電子束具有的真空環境，還可（kě）以避免金屬（shǔ）粉末在液相燒結或熔化（huà）過（guò）程中被氧化。

 

鑒於電子（zǐ）束具有的上（shàng）述優點，瑞典 Arcam公司、清華（huá）大學、美國麻省理工（gōng）學（xué）院和美國 NASA 的Langley 研究中心，均開發出了各自（zì）的電子束快速製造係統 ，前兩家利用電子束熔（róng）化鋪在工作台麵上的金屬粉（fěn）末，與激光選區燒結技術類似；後兩家利用電子束熔化金屬絲材，電子束固定不動，金屬絲材通過送絲裝置和工作台移動，與激光淨成形製造技術類似。 

 

EBSM技術（shù）是20世紀90年代中期發展起來的一種金屬零3D打印技術，其與SLM/DMLS係統的差別主（zhǔ）要是熱源不同，在成型原理上基本相似。與以激（jī）光為能量源的金屬零件3D打印（yìn）技術相比，EBSM 工（gōng）藝具有能量利用率高、無反射、功率（lǜ）密度高、聚（jù）焦方便（biàn）等許多優（yōu）點。在目前3D打印技術的數十種方法中，EBSM技術因其能（néng）夠直接成型金屬零部件而受到人們的高度關（guān）注（zhù）。

 

 

 

國外對EBM工藝理論研究相對較早，瑞典的Arcam AB公司（sī）研發（fā）了商品化（huà）的EBSM設備EBM S12係列，而國內對EBSM工藝的（de）研究相對較晚。Heinl等采（cǎi）用Ti6-Al4-V、Ramirez采用Cu、Murr采用Ni基和Co基高溫合金、Hernandez等人采用TiAl製備了一係列的開放式蜂巢結構。

 

通過改變預（yù）設置彈性模量E，可以獲（huò）得大（dà）小不同的孔隙，降（jiàng）低結構的密度，獲得輕量化的結構。K.N.Amato等人（rén）利用Co基高溫合金矩（jǔ）陣顆粒製備了柱狀碳（tàn）化物沉積結構。

 

Ramirez等采用Cu2O製備了新型定向微結構，發現在製備過程中，柱狀Cu2O沉澱在高純銅中這一現象。劉海濤等研究了工藝參數對（duì）電子束選區熔化工藝過程（chéng）的影響，結果表明掃（sǎo）描線寬與電子束電流、加（jiā）速電壓和（hé）掃描速度呈明顯的線（xiàn）性關係，通過調節（jiē）搭接率和掃（sǎo）描路（lù）徑可以獲得較好的層麵質量。

 

鎖紅波等研（yán）究了EBSM製備的Ti-6Al-4V試件的硬度（dù）和拉（lā）伸強度等力學性能，結果表明（míng）成型過（guò）程（chéng）中Al元（yuán）素損失（shī）明顯，低（dī）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（nèi）和沿熔積高 度（dù）方向沒（méi）有明顯差別，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（zài）鋪粉平麵上鋪（pù）展一層（céng）粉末並壓實； 然後，電子束在計算機的控（kòng）製下按照截麵輪廓的信息進行有選擇（zé）的熔化（huà）/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、 熔化 等工藝步驟，因此，在其真空室（shì）應具備鋪送粉機構、粉末回收箱及成形（xíng）平台。同時，還（hái）應包（bāo）括電子槍係（xì）統、真空係統、電源係統和控製（zhì）係統。

 

其中，控製係統包括掃描控製係統、運動控製係（xì）統、電源控製（zhì）係統、真空（kōng）控（kòng）製係統和溫度檢測（cè）係統，如圖 3 所（suǒ）示。 瑞典Arcam公司製造生產（chǎn）的S12設備是電子束選（xuǎn）區熔化技術（shù）在實際應用中的最好實例。該公司在2003 年就開始（shǐ）研（yán）究該項技術，並與多種領域（yù）結合探究。

 

目前，EBSM技術在生物醫（yī）學中得到了大量應用，相關單（dān）位正（zhèng）積極研究它在航空航天領（lǐng）域中的應用，美（měi）國在空間飛（fēi）行器（qì）方麵的研究重點是飛行器和火箭發動機（jī）的結（jié）構製造以及月球或空間站環境下的金屬直接成（chéng）形（xíng）製造。 

 

 

 

3

3D打印（yìn）材料突破是發展基礎 

 

3D打印材料是（shì）3D打印技術（shù）發展的重要物質基礎，在某種程度上，材料的發展決定著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（liào）、金屬（shǔ）材料和陶瓷材料等，除此之外，彩（cǎi）色石（shí）膏材料、人造骨粉、細胞生物原（yuán）料以及（jí）砂糖等食（shí）品材料也在3D打印領域得到了應用。3D打印所用的這些原材料都是專門針（zhēn）對（duì）3D打印設備（bèi）和工藝（yì）而研發的，與普通的塑料、石膏、樹脂等（děng）有所區別（bié），其形態一般有粉末（mò）狀、絲狀、層片狀、液體狀等。

 

通常，根據打印設備的類（lèi）型及操作條件（jiàn）的不同，所使用的粉（fěn）末狀3D打（dǎ）印材料的粒徑為1～100μｍ不等，而為（wéi）了使粉末保（bǎo）持良好的流動性，一般（bān）要求粉末要具有高球形度。  

 

 

 

3D 打印材料的研發和突破是3D打印技術推（tuī）廣應用（yòng）的基礎， 也是滿足打印的（de）根本保證。 一是加（jiā）強材料的研製，形成完（wán）備的打印材料體係。

 

 近（jìn）幾年，3D 打印材料發展比較快，2013年，金屬材料打印增長了28%，2014年達到30%多， 約占 3D打印材料的12%， 金屬材料以鈦、鋁、鋼和鎳等合金為主（zhǔ），鈦合金、高溫合金、不鏽鋼、模具鋼、高強（qiáng）鋼、合金鋼和鋁合金等均可作為打印（yìn）材料，已經廣（guǎng）泛應用於裝備製造和修複再製造。

 

但目前還沒有一個 3D 打印材料體係， 現有材料還遠不能滿足 3D 打印的需求。

 

 

 

用於激光立體成形的材（cái）料主要是金屬惰性材料（liào）， 下一（yī）步需（xū）要嚐試其他活潑的金屬打印材料（liào）。  傳統用於粉末冶金的金（jīn）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（shǔ）材料種類少，價格偏高。

 

國外已出（chū）現少（shǎo）數幾家專供（gòng）3D打（dǎ）印的金屬粉末的公司，如美國Sulzer Metco、瑞典的Sandvik等，但也（yě）隻能提供少數幾種常規（guī）金屬粉末。國內材料研發相對滯後，打印粉末（mò）太（tài）貴。

 

因為（wéi）材料研發周期長，研發難度較設備（bèi）大，企業出於利益的最大化不願進行材料研發。黃河旋風股份有限公司（sī）是國內為數（shù）不（bú）多的從事金剛（gāng）石微粉、CBN微粉（fěn）生產的企業。高校研究又熱衷於3D打印裝備及軟件配套等，因此打印材料在很大程度（dù）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（yòng）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打印的金屬粉末材料主要有鈦（tài）合金、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（guì）金屬粉末材料。3D 打印金屬粉末作為金屬零件 3D 打印產業鏈最重要的（de）一環，也是最（zuì）大的價值所在。

 

在“2013年世界 3D 打印技術產（chǎn）業大會”上（shàng），世界 3D 打印行業的權威專（zhuān）家對3D打印金屬粉末給予明確定義，即指尺寸小於1mm 的金屬顆粒群（qún）。 包括單一金屬粉末（mò）、合（hé）金粉末以及具有金屬性質的某些難熔化合物粉末（mò）。

 

目前，3D 打印金屬粉末材料（liào）包括鈷鉻合金、不鏽鋼（gāng）、工業鋼、青銅合（hé）金、鈦合金和鎳鋁合金等。但是3D打印（yìn）金屬粉末除需具備良好的（de）可塑性外（wài），還必須滿足粉末粒徑細小、粒度分布較窄、球形度高、流動性好和鬆裝密度高等要求。

 

鈦合（hé）金 

 

鈦合金具有耐高溫、高耐腐蝕性、高強（qiáng）度、低密度以（yǐ）及生物相容性等優（yōu）點，在航空航天、化工、核工業、運動器材及醫療（liáo）器械等領域得（dé）到（dào）了廣泛的應用。傳統鍛造和鑄造技術製備的鈦合金件已被廣泛地應用在高新（xīn）技（jì）術領域，一架波（bō）音747飛機用（yòng）鈦量達（dá）到42.7t。

 

但是傳統鍛造和鑄造方法生產大型鈦合金零件，由於（yú）產品成本高、工藝複雜、材料利（lì）用率低以及後續（xù）加工困難（nán）等不利因素，阻礙了其更為廣泛的應用（yòng）。而（ér）金屬3D打印技術可以從根本上解決這些問題，因此該技術近年來成為一種直接製造鈦合金零件的（de）新型技術。

 

開發新型鈦基合金是鈦合金SLM應用研究的主要方向（xiàng）。由於鈦以及鈦合金的應變硬化指（zhǐ）數低（近（jìn）似為0.15），抗塑性（xìng）剪切變形能力和耐磨性差，因（yīn）而（ér）限（xiàn）製（zhì）了其製件在高溫和（hé）腐蝕磨損條件下（xià）的使用。

 

然而錸（Re）的熔（róng）點很高，一般用於超高溫和強熱震工作環境，如美國 Ultramet公司采用金屬有機化學氣相（xiàng）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（wēn）度可（kě）達2200℃。

 

因此，Re－TI合金的製備在航空航天、核能源（yuán）和電子領域具有重大意義。Ni具（jù）有磁性和良好的可塑性，因此（cǐ）Ni－TI合金是常用的一種形狀記（jì）憶合金。合金具（jù）有偽彈性、高彈性模量（liàng）、阻尼特性、生物相容性和耐腐蝕性等性能。

 

另外（wài）鈦合（hé）金多孔結構人造（zào）骨的研（yán）究日益增（zēng）多，日本京都大學通過3D打印技術給4位頸（jǐng）椎間盤突出患者製作出不同（tóng）的人（rén）造骨並（bìng）成功移植，該人造骨即為（wéi）Ni－TI合金。

 

 

 

不（bú）鏽鋼  

 

不鏽鋼具有（yǒu）耐化學腐蝕、耐高溫（wēn）和力學性能良好等特性，由於其粉末成型性好、製備工（gōng）藝簡單且成本（běn）低廉，是最早應用（yòng）於3D金屬打印的材料。如華中科技大學、南京航空航（háng）天大（dà）學（xué）、東北大學等院校在金屬3D 打印方麵研究比（bǐ）較深入。

 

現研究主要集中在 降低孔隙率、增（zēng）加強度以及對熔化過程的金屬粉末球化機製等方麵。李（lǐ）瑞迪等采用不同的工藝參數，對304L不鏽鋼粉末進（jìn）行了SLM成形試（shì）驗，得出304L不鏽鋼致密度經驗公式，並總結出晶粒生長機製（zhì）。

 

潘琰峰分析和探討了316L不鏽鋼成形過程中球化產生機理和影響球化（huà）的因素，認為在激光功（gōng）率和粉末層厚一定時，適當增大掃描（miáo）速度（dù）可減小球化現象，在掃描速度（dù）和粉末層厚（hòu）固定時，隨著激光功率的增大，球化（huà）現（xiàn）象加重。

 

Ma等通過（guò）對1Cr18Ni9Ti不鏽鋼粉末進（jìn）行激光熔（róng）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（dào）1.5μｍ，最後穩定（dìng）在2.0μｍ 左右，試樣的（de）硬度依賴於熔化區域各（gè）向異性的微結構和晶粒（lì）大小。

 

薑煒采用一（yī）係列的不鏽（xiù）鋼粉末，分別（bié）研究粉（fěn）末特性和工藝參數對SLM成形質量的影響，結果表明，粉末材（cái）料的特（tè）殊性能和工（gōng）藝參數（shù）對（duì）SLM 成形影（yǐng）響的機理（lǐ）主要是在於對選擇性激光成形過程當中熔池質量的（de）影（yǐng）響，工藝參數（激光功率、掃描速度（dù））主要影響熔池的深度和寬（kuān）度，從而決定SLM 成形件的質量。

 

 

 

高溫合金 

 

高溫合金是指（zhǐ）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（jīn）屬材（cái）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好的塑性和韌性。目前按合金基體種類大致可（kě）分為鐵基、鎳基和鈷基合金3類。

 

高溫合金主要用於高性能發動機，在現代先進的航空發動機中，高溫合金材料的使用量占發動機總（zǒng）質量的40％～60％。現（xiàn）代高性能航（háng）空發動機的發展對高溫合金的使（shǐ）用溫度和（hé）性能的要求越來（lái）越高（gāo）。

 

傳統的鑄（zhù）錠冶金工藝冷卻速度慢，鑄錠中某些元素和第二相偏析嚴重（chóng），熱加工性能差，組織不均勻，性能不穩定。而3D打印（yìn）技（jì）術在高溫合金成形中成為解決技（jì）術瓶頸的新方法。

 

美國航空航天（tiān）局聲稱，在2014年（nián）8月22日進行的高溫點火試驗中，通過（guò）3D打印技（jì）術製造的火（huǒ）箭發動機噴嘴產生（shēng）了創（chuàng）紀錄的9t推力。

 

 

 

鎂合金（jīn） 

 

鎂合金作（zuò）為最輕的結構合金，由（yóu）於其（qí）特殊的高強度（dù）和（hé）阻尼性能（néng），在諸多應用（yòng）領域鎂合金（jīn）具有（yǒu）替代鋼和鋁合金的可能。例如鎂合金在汽車以及航空器（qì）組件方麵的（de）輕量化應用，可降低燃料使用（yòng）量和（hé）廢氣排放。鎂合金具有原位降解（jiě）性並且其（qí）楊氏模量（liàng）低（dī），強度接近人骨，優異的生物相容性，在外（wài）科植入方麵比傳統合金更有應用前景。

 

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結語

 

3D打印技術自20世紀90年代出現以來，從一開始高分子（zǐ）材料的打印逐漸聚焦到金（jīn）屬粉末的打印，一（yī）大批新技術、新設備和新材料被開發（fā）應用。

 

當前，信息技術創新步伐不斷（duàn）推進，工業生產正步入智能化、數字化的新階段。2014年德國提出“工業4.0”發展（zhǎn）計劃，勢必引起工業領域顛覆性的改變與創新，而3D打印技術將是工業智能化發展的強大推力。

 

金（jīn）屬粉末3D 打印技術目前已取（qǔ）得了一定成果，但材料瓶頸（jǐng）勢必影（yǐng）響3D打印技術的（de）推廣，3D打印技術（shù）對材料提出了更高的要求。現適用於工業用3D打印的金屬材料種類繁多，但是隻（zhī）有專用（yòng）的粉末材料才能滿足工業生產（chǎn）要求。

 

3D 打（dǎ）印金屬材料的發展方向主要有3個方麵：

 

一是如何在（zài）現有使用材料的基礎上加強材料結構和（hé）屬性（xìng）之間的關係研究，根據材料的（de）性質進一步優化工藝參數，增加打（dǎ）印速度，降低孔隙率和氧（yǎng）含量，改善表（biǎo）麵質量；

 

二是研發新材料 使其適用於3D打印，如開發耐腐蝕、耐高溫和綜合力學性能優異的新材料；

 

三是修訂（dìng）並完善3D打印粉體材料技（jì）術標準體係，實現（xiàn）金屬材料打印技術標準的（de）製度（dù）化和常態化。