What is 金（jīn）屬3D打印 ？

　　金（jīn）屬3D打（dǎ）印是屬於數字熱加工的一項技術，目前製備金屬的3D打印技術主要有：選區激光熔化/燒結（SLM/SLS)、電子束選區熔化（EBSM)、激光近淨成形（LENS)等（děng）。與傳統工藝（yì）相比，金屬3D打印有直接成型，無（wú）需模具，可以實現個性化設計（jì）並製作複雜結構，高效、低消耗、低成本等優點。但是因為（wéi）其是數字熱加工，變形是無法消除的，變形量（liàng）需要從工藝和經驗上（shàng）去控製，最（zuì）後還要經過數控機（jī）床等技術的後期加工處理（lǐ）。

What are 金屬3D打印企（qǐ）業 at home and aboard ？

　　雖然說（shuō）3D打印在國內近（jìn）幾年（nián）熱度才升起（qǐ）來，但就國際而言，3D打印發（fā）展早在20世紀80年代就已經興起了。國際範圍內，美國（guó）Argen Corporation(在牙科金屬材（cái）料領域尤其有（yǒu）實力），美國Carpenter Technology，德國Concept Laser, 英（yīng）國CPM，德國EOS，意大利Legor Group，英國LPW Technology，美國（guó）Pyrogenesis(在國防領域尤其擅（shàn）長），瑞典Sandvik，德國（guó）SLM Solutions等企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（bǐ）國外，國內（nèi）金屬3D打印材料大部分依賴進（jìn）口，價格昂貴，這也促（cù）使國內致（zhì）力於3D打印金（jīn）屬材料（liào）的企業和機構自（zì）主研發金屬3D打印材料。

In where 金屬3D打印材料 be used ？

　　金屬3D打印材料的應用領域相當廣泛，例如，石（shí）化工程應用、航空航天（tiān）、汽車製造、注塑模具、輕金屬合金（jīn）鑄造、食品加工、醫療、造紙、電力工業、珠寶、時裝等。

　　但是，因為金屬（shǔ）3D打印材料本身（shēn）的（de）材料屬性，其都有特定的應用領域範圍，因此，金屬3D打印材料選擇（zé）的過程是一個權衡多個因素的（de）過程。而且，3D打印金屬不能僅僅憑借金屬3D打印機（jī）的參數來衡定，每種金屬材料都有適合自身特性的極限點，包括應（yīng）用、功能（néng）、穩定性、耐久性（xìng）、美觀性、經濟性都是設計師要考慮的因素。

　　現今，國內外金屬（shǔ）3D打印機采用的（de）金屬粉（fěn）末一般有（yǒu）：工具鋼、馬氏體（tǐ）鋼、不鏽鋼（gāng）、純鈦及（jí）鈦合金、鋁合金（jīn）、鎳基合金、銅基合金、鈷（gǔ）鉻合金等。

1.工具（jù）鋼和馬氏體鋼（gāng）

工具鋼（gāng）

　　以工具鋼和馬氏體鋼為例，工具鋼的適用性來源於其優異的（de）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熱作工具鋼就是其中一（yī）種，能夠承受（shòu）不確定時間的工藝條件；馬氏體鋼（gāng），以馬氏體300為例，又稱“馬氏體時效”鋼，在時效過程中的高強（qiáng）度、韌性（xìng）和尺寸（cùn）穩定（dìng）性都是眾所周知的。他們與其（qí）他鋼不同，因為他們是不含碳的，屬於金屬間化（huà）合物（wù），通過豐富的鎳、鈷和鉬的（de）冶（yě）金反應硬化。由於高硬度和耐磨性，馬氏體（tǐ）300才適用於許多模具的（de）應用，例如，注塑模具（jù）、輕金屬（shǔ）合金鑄造、衝壓（yā）和擠壓等，同時，其也廣泛應用於航空航天（tiān）、高強度機身部件和賽車零部（bù）件。

2.不鏽鋼

不鏽鋼

　　不鏽鋼與碳鋼不同，目前的（de）鉻含量不同，10.5%鉻含量最低的鋼合金，不鏽鋼不容易生鏽腐蝕。目前，應用於金屬3D打印的不鏽鋼主要有三種：奧氏體不鏽鋼（gāng）316L、馬氏體不鏽鋼15-5PH、馬氏體不鏽鋼17-4PH。

　　奧氏體不鏽鋼（gāng）316L，具有高強度和耐腐蝕性，可在很寬的溫度範圍下降（jiàng）到低溫，可應用於航空航天、石化等多種（zhǒng）工程（chéng）應（yīng）用，也（yě）可以用於食品加工和醫（yī）療等領（lǐng）域。

　　馬氏體不鏽鋼15-5PH，又稱馬氏體時效（沉澱硬化）不（bú）鏽鋼，具有（yǒu）很（hěn）高（gāo）的（de）強（qiáng）度、良好的韌性、耐（nài）腐（fǔ）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（tǐ）不鏽鋼17-4PH，在高達315℃下仍具有高強度高韌（rèn）性，而且耐腐蝕性超強（qiáng），隨著激光加工狀態（tài）可以帶倆極（jí）佳的延（yán）展性。

3.合（hé）金

　　金屬3D打印材料（liào）應用最為廣泛的金屬粉末（mò）合金主要有純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳（niè）基合金、鈷鉻合金、銅基合金等。

1）純鈦及鈦合金

鈦合金

　　目前應用於市場的（de）純鈦，又（yòu）稱商業（yè）純鈦，分為1級和2級粉體，2級強於（yú）1級，對於大多數的應（yīng）用同樣具有耐腐蝕性。因為（wéi）純鈦2級具（jù）有良好的生物相容性，因此在醫療（liáo）行業具有廣泛的應用（yòng）前景。

　　鈦是鈦合金產（chǎn）業的關鍵。目前，應用於金屬3D打印的鈦合金主要是鈦合金5級和（hé）鈦合金（jīn）23級，因為其優異的強度（dù）和韌性，結合耐腐蝕、低（dī）比（bǐ）重和生物相容性，所以在航空航天和汽車製造中具（jù）有非常理想的應（yīng）用，而且，因為強度高、模量低、耐疲勞性強，應用於生產生物醫學植入物。鈦合金（jīn）23級，純（chún）度更高（gāo），是神（shén）級一樣的牙科（kē）和醫療鈦品級。

2）鋁合金

鋁合金

　　目前，應用於金屬3D打印的鋁（lǚ）合金主要有鋁矽AlSi12和AlSi10Mg兩種。鋁矽（guī）12，是具有良好的熱性能的輕質（zhì）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（kě）應用於航空航天及航空工業級的（de）原（yuán）型及生產零部件（jiàn）；矽/鎂組合使鋁合金更具強度和硬度，使其適用於薄壁以及複雜的幾何形狀的零件，尤其（qí）是（shì）在具有（yǒu）良好的熱性能和低重量場（chǎng）合中。

3）鎳基合金

　　一般（bān）情況下，鎳基合金都（dōu）具有（yǒu）良好的抗拉伸（shēn）、抗疲勞和抗熱疲勞性能。目前，主要有Inconel 738、Hastelloy X、Inconel 625、Inconel 713、Inconel 718等。

　　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（liàng）的超合金，可長期暴露於高達920-980℃的高溫腐蝕性的環境中，適用於飛機發動機、燃氣輪機。

　　Hastelloy X在高溫（wēn）下具有高強度（dù）和抗氧化（huà）性，在高達1200℃的環境中，也具有良好的（de）延展（zhǎn）性，目前，主要應用於航空航天技術中，例如（rú）燃氣輪（lún）機部（bù）件和燃燒區（qū）組件如過渡（dù）管、燃燒器罐、噴杆、排氣管、加力燃燒室等；而且還因為具有耐應力腐蝕開裂（liè）的性能，應用於工業爐、石油化（huà）工（gōng）及化學過程工業中。

　　Inconel 625在高溫約815℃的條件下依（yī）然具（jù）有良（liáng）好的負載性能，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，以及在927℃的特殊斷裂強度，適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（de）耐腐蝕性及耐熱（rè）、拉伸、疲勞、蠕變性，適用於各種高端應用，例如，飛機渦輪發動機和陸（lù）基渦輪機等。

4）鈷鉻合金

　　鈷鉻合金具有高強度、耐腐蝕性強、良好（hǎo）的生物相容性以及無磁性的性能，主要應用於外科植入物（wù）包括（kuò）合金人工關節、膝關節和髖關節，同時其還可用於發動機部件以及時裝、珠（zhū）寶行業等。

5）銅基合金

青銅粉

　　應用於市（shì）場的銅基（jī）合金，俗稱（chēng）青銅，具有（yǒu）良好的導熱性和導電（diàn）性，可（kě）以結合設計自由度，產生複（fù）雜的內（nèi）部結構和冷（lěng）卻通道（dào），適（shì）合冷卻更有效的工具插入模具，如半導體（tǐ）器件，也可用於微型換熱器，具有壁薄、形狀複雜的特征。

What problem 金屬3D打印 has ？

　　就國內而言，在（zài）金屬3D打印領域具有較（jiào）高（gāo）權威的3D打印企業當屬（shǔ）西安鉑力特，公司一直專注於高性能致密金屬零件的激光立體成（chéng）形製造，以及金屬零件的激光修複再製造，涵蓋（gài）各（gè）種鈦合（hé）金、高溫合金、不鏽鋼（gāng）、模具鋼、鋁（lǚ）合金等材料。

　　據西安鉑力特區域經理周靈峰介紹，國（guó）內的傳統製造（zào）業體量非常（cháng）巨大，產品種類琳琅滿目，而（ér）3D打印作為一項前沿科技，遠遠談不上顛覆製造（zào）業，兩者是相輔相成、相互（hù）促進、協同發展的。雖然，3D打印是一（yī）項自由結（jié）構製造的技術，但是，需（xū）要有很多（duō）加（jiā）工方法（fǎ）來規避3D打印後處理的的痛點。因此，傳統製造業所使用的（de）數控機床加工（gōng）技術就顯得尤為重要，其與3D打印相得益彰，不同的產品在利用這（zhè）兩種技術時可以變化主導製造流程，塑造的產品會（huì）更加完美。

　　至於要真正加工一個近乎完美（měi）的金屬件，設備載體固然重要，但是需要軟件（jiàn）、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，首先需要（yào）熟悉材（cái）料，然後再談精密（mì）機械。而且，金屬打印，因為支撐問題（tí），會（huì）導致後期零件無法（fǎ）加工，可能需要考慮更多材（cái）料（liào）成分的配比關係（xì）來迎合打印過程中其他因素對材料特性的影響。以3D打印航空（kōng）航天零部件為例，航空航天（tiān）上使用的金屬部件都是在極端環境下的，具有強抗腐蝕（shí）性、耐高（gāo）溫、金屬（shǔ）強度高的特點，如果不熟悉材料（liào）特征，如何（hé）利用3D打印控製製造（zào）金屬零部件呢？因此，熟悉（xī）材料就顯得尤為重要。

　　另外，金屬（shǔ）3D打印材料成本較高，一方麵是因（yīn）為國內大部分的金屬3D打印材料依賴進口，另一方麵，前期（qī）研發金屬打印新材料需要消耗大量的科研經費及人力、物力資源。但是，開發專用的金屬3D打印原材料是（shì）推動金屬3D打印（yìn）發展的必（bì）然因素，而且，這也能催生新產業的發展。

Summary

　　內行看門道，外行看熱鬧。就國內金屬3D打（dǎ）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（dào），美（měi）國在（zài）走“互聯網+”，德國走“+互聯（lián）網”，然後中國（guó）以德為師，提出工業4.0。但是，我（wǒ）們（men）要認識到（dào），德國具有雄厚的工業基礎作為支撐（chēng），才提出製造業+互聯（lián）網，相（xiàng）比而言，中（zhōng）國的製造業基礎還是薄弱的，而且研究基礎也（yě）不高，這也（yě）是製（zhì）約金屬3D打印材料發展的關鍵因素之一。現今國家提出“互聯網+製造業”，是希望把個人的因素融合進來（lái），讓知（zhī）識流動（dòng）性（xìng）加強，然後逐步推進“互聯網+製造業”，促進傳統製（zhì）造業的轉型（xíng）升級，推動3D打印的快速（sù）發展。