3D打印，自20世紀90年代中期被發明以來，在近（jìn）幾年終於算是迎來了一個較（jiào）受關注的高速發展時期。不（bú）論是國家政府部門，還是傳統（tǒng）企（qǐ）業，都在積極促（cù）進3D打印與行業間的深度融（róng）合，以期推動3D打印的市場應用，帶動傳統（tǒng）行業的轉型升級（jí）。但是，從目前的實際情況來講，3D打印還沒有形成一個完善（shàn）的產業鏈，製約它（tā）發展（zhǎn）的原因有多種，其中3D打印材料的研發應用還不太成（chéng）熟是一個較為關鍵的因素。那麽，目前在3D打印（yìn）材料中最受重視的金屬材料，發（fā）展到了哪個（gè）階段呢，不妨跟隨小編的梳理一起來了解一下。 

 

什麽是（shì）金屬3D打印？ 

 

金屬3D打印是屬於（yú）數字熱加工的一項技術（shù），目前製備金屬的3D打印（yìn）技術主要有：選區激光熔化/燒結（SLM/SLS)、電（diàn）子（zǐ）束選區熔化（EBSM)、激（jī）光近淨成形（xíng）（LENS)等。與傳統工藝相比，金屬3D打印有直接成型，無需模具，可以實現個性化設計並製作複雜結構，高效（xiào）、低消耗、低成本等優點。但是因為其是（shì）數字熱加工（gōng），變形是無法消除的，變形量需要從工（gōng）藝和經驗上去控製，最（zuì）後還（hái）要經過數控機床等技術（shù）的後期加工處（chù）理。 

 

國（guó）內（nèi）外做金屬（shǔ）3D打印的企業有哪些？ 

 

雖然說3D打印（yìn）在國內近幾年熱度才升起來（lái），但就國際而言，3D打印發展（zhǎn）早在20世紀80年（nián）代就已經興起了。國（guó）際範圍內，美國Argen Corporation(在牙科金屬材料領域尤其有實力），美國Carpenter Technology，德（dé）國Concept Laser, 英國CPM，德（dé）國EOS，意大利Legor Group，英國LPW Technology，美（měi）國Pyrogenesis(在國防領域尤其擅長），瑞典Sandvik，德國SLM Solutions等企（qǐ）業在（zài）各自的（de）金屬打印領域提供了一係列（liè）的行業解決方案。相比國外，國內金屬3D打印材料大部分依賴進口，價格昂貴，這也促使國內致力（lì）於3D打印金（jīn）屬材（cái）料的（de）企業和機構自主研發金屬3D打印材料，最（zuì）具代表性的可提供金屬材料及服務的（de）企業（yè）有西安（ān）鉑力特、銀邦股份、上海材料研究所、上海康（kāng）速金屬材料、鑫烯三（sān）維科技等企業。 

 

金屬3D打印（yìn）材料的市場應（yīng）用 

 

金屬3D打印材料的應用領域相當廣（guǎng）泛，例如，石化工程應用（yòng）、航空航天、汽車製造、注塑（sù）模具、輕金屬合金鑄（zhù）造、食品加工、醫療（liáo）、造紙、電力工業、珠寶、時（shí）裝等。 

 

但是，因（yīn）為金屬3D打印材料本身的材（cái）料屬性，其都有特定的應用領域範圍，因（yīn）此，金屬3D打印材料選擇（zé）的（de）過程（chéng）是一個權衡多個因素的過程。而且，3D打印金（jīn）屬（shǔ）不能僅（jǐn）僅憑借（jiè）金屬3D打印（yìn）機的參數來衡定，每種金屬材料都有適（shì）合自身特性的（de）極限點，包括應用、功能、穩定性、耐（nài）久性、美觀性、經濟性都是設計師要（yào）考慮的因素。 

 

現今，國內外金屬3D打印機采用的金屬粉末一般有：工具鋼、馬氏體鋼、不鏽（xiù）鋼、純鈦（tài）及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、銅基合（hé）金、鈷（gǔ）鉻合金等（děng）。 

 

1.工具鋼和馬氏體鋼 

 

 

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（yú）其優異的硬度、耐磨性和抗形變能力，以及在高溫下保持切削刃的能力。模具（jù）H13熱作工具鋼就是其中一種，能（néng）夠（gòu）承（chéng）受不確定時間的工藝條（tiáo）件；馬氏（shì）體鋼，以馬氏體300為例，又稱“馬氏體時效”鋼，在時效過程中的高強度、韌性和尺（chǐ）寸穩定性都（dōu）是眾所周（zhōu）知（zhī）的。他們與其他鋼不同（tóng），因為他們是不含碳的，屬於金屬間化合物，通過豐富的鎳、鈷和（hé）鉬（mù）的冶金反（fǎn）應硬化。由於高硬度和耐磨性，馬氏體（tǐ）300才適用於許（xǔ）多模具的應用，例（lì）如，注塑（sù）模具（jù）、輕金屬（shǔ）合金鑄造、衝壓和擠壓等，同時，其也廣泛應用於航（háng）空航（háng）天、高強度機（jī）身部件和賽車零部件（jiàn）。 

 

2.不鏽鋼 

 

不（bú）鏽鋼（gāng） 

 

不鏽鋼與碳鋼不同，目前的鉻含量不同，10.5%鉻含量最低的（de）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（zhǔ）要有三種：奧氏體不鏽鋼316L、馬氏體不鏽（xiù）鋼15-5PH、馬氏體不鏽鋼17-4PH。 

 

奧氏體不鏽鋼316L，具有高（gāo）強度和耐腐蝕性，可在很寬的（de）溫度範圍下降（jiàng）到低溫，可應用於航（háng）空航天、石化等多（duō）種工（gōng）程應用，也可以用於食品加（jiā）工和醫療等領域。 

 

馬氏體不鏽鋼15-5PH，又稱馬氏體（tǐ）時效（沉澱硬化）不鏽鋼，具有很高的強度、良好的韌性、耐腐（fǔ）蝕性，而（ér）且可以進（jìn）一（yī）步的（de）硬化，是無（wú）鐵素體。目（mù）前，廣泛應用於航空（kōng）航天、石化、化工（gōng）、食品加工、造（zào）紙（zhǐ）和金屬加工業。

 

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

 

3.合金 

 

金屬（shǔ）3D打印材料應用（yòng）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（jī）合金等。 

 

1）純鈦及鈦合金

 

 

鈦合金

 

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

 

鈦是鈦（tài）合（hé）金產業的關鍵。目（mù）前，應用於金（jīn）屬3D打印的鈦合金主要是鈦合金5級和鈦合金23級，因為其優異的強（qiáng）度和韌性，結合耐腐蝕（shí）、低比重和生物相容性，所以在（zài）航空（kōng）航（háng）天和汽車製造中具有非常理想的應用，而且，因為強度高、模量低、耐疲（pí）勞性強，應用（yòng）於生產生物醫學植入物。鈦合金（jīn）23級，純度更高，是神級一樣的牙科和醫療鈦品級。

 

2）鋁合（hé）金 

 

 

鋁合金 

 

目前，應用於金屬3D打印的鋁合金（jīn）主（zhǔ）要有鋁矽AlSi12和AlSi10Mg兩種。鋁矽（guī）12，是（shì）具有良好的熱性能（néng）的輕質增（zēng）材（cái）製造金屬粉末，可應用於薄壁零件如換熱器或其他汽（qì）車零部件，還可應用於航空航天及（jí）航空工（gōng）業（yè）級的原型及生產零部件；矽/鎂組合使鋁合金更具強度和硬度，使其適用於薄壁以（yǐ）及複雜的幾何形狀的（de）零件，尤其是在具有（yǒu）良好的熱性能和低重量場（chǎng）合中。 

 

3）鎳基合金 

 

 

鎳基金（jīn）粉 

 

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

Inconel 738具有（yǒu）良好（hǎo）的高（gāo）溫蠕變斷（duàn）裂強度，抗熱腐蝕性是較低鉻含量的超合金，可長（zhǎng）期暴露於高達920-980℃的高溫腐蝕性的環境中，適（shì）用於飛機發動機、燃氣輪機。 

 

Hastelloy X在高溫下（xià）具有高強度和（hé）抗氧化性，在高達1200℃的（de）環境中，也具有良好的延展性，目前，主要應用於航空航天技術中，例如燃氣輪機部件和燃燒（shāo）區組件如過渡管、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（lì）腐蝕開裂的性能，應用於工業（yè）爐（lú）、石油化工及化學過程工業中（zhōng）。 

 

Inconel 625在高溫約815℃的（de）條件下依然（rán）具有良好的負載性能，而（ér）且耐腐蝕性強，廣泛應（yīng）用於航空航天、化工及電（diàn）力工（gōng）業中。 

 

Inconel 713具有優異的抗熱（rè）疲勞性能，以及（jí）在927℃的特殊斷裂強度，適用於噴氣發動機（jī）燃氣輪機葉片。 

 

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

 

4）鈷（gǔ）鉻合金 

 

 

鈷鉻合（hé）金粉 

 

鈷鉻合金具有（yǒu）高強度、耐腐蝕性強（qiáng）、良好的生物相容性以及無磁性（xìng）的性能，主要（yào）應用於外科植入物包括合金人工關節、膝關節和髖關節，同時其還可用於（yú）發動機（jī）部件以及時裝（zhuāng）、珠寶行業等。 

 

5）銅基合金 

 

 

青銅粉 

 

應用（yòng）於（yú）市場的銅基合金，俗稱青銅，具有良好的導熱性和導電性，可以（yǐ）結合設計自由度，產生複雜的內部結構（gòu）和冷卻通道，適合冷卻更有效的工具插入模具，如（rú）半導體器件，也可用於微型換熱器，具有壁（bì）薄、形（xíng）狀複雜的特征。