近年來，3D打印技（jì）術逐漸應（yīng）用（yòng）於實際產（chǎn）品（pǐn）的製造，其中，金屬材料的（de）3D打印技術發（fā）展尤其迅（xùn）速。在國防領域，歐美發達國家非常重視3D打印技（jì）術的發展，不惜投（tóu）入巨資加以研究，而3D打印金屬零部件一直（zhí）是研究和應用的重點。 不大能打印模（mó）具、自行車（chē），還能打印出gun等武器，甚至能夠打印出汽車、飛機等大型設備（bèi）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應用前景,而且在裝備設計與製造、裝備保（bǎo）障、航空（kōng）航天等更多的領域展現（xiàn）出了（le）強勁的發展勢頭（tóu）。

1、3D打印概述（shù）  

基本概述  

3D打印技術的核心（xīn）思想最早起源19世紀末的美國，但是直（zhí）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（wǒ）國是從1991 年開（kāi）始研究（jiū）3D打印技術的，2000年前後，這些工藝開始（shǐ）從實驗室研究（jiū）逐（zhú）步向工程化、產品化（huà）方向發展。當時它的名字（zì）叫快速原型技（jì）術（shù）（RP），即（jí）開發樣品之前的實物模型。現在也有叫快速成型技術，增材製造。但為便於公眾接（jiē）受，把這種新技術統稱為3D打印。  3D打印是快速成型（xíng）技（jì）術（shù）的（de）一種，它是一（yī）種（zhǒng）以數字（zì）模型設（shè）計（jì）為基礎，運用粉末狀金屬或樹脂等可粘合材料，通過逐層“增材”打印的（de）方式來構造（zào）三維物體的技術。3D打印被稱作“上個世紀的思想和技術，這個世紀的市（shì）場（chǎng）”。而且我國在3D打印航（háng）空航天方麵最（zuì）近還取得了突破， 3D打（dǎ）印部件從3kg減重到600g，減重（chóng）80% 。

3D打印特點

1）精（jīng）度高。目前3D打（dǎ）印設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（dé）模型的生產時間大大（dà）縮（suō）短，一般幾個小時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量毫無（wú）限製，不管一個還是多個都可以以（yǐ）相同的成本（běn）製作出來。  

 

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

 

5）成本相對較低（dī）。雖（suī）然現在3D打（dǎ）印係統和3D打印材料比較貴，但如果用來製作個（gè）性化產品，其製作成本相對就比較低了。 

2、金屬3D打印（yìn）技術

金屬零（líng）件3D打印技術作為整個3D打印體係中最為前沿和最有（yǒu）潛力的技術，是先進（jìn）製造（zào）技術的重（chóng）要發展方向。隨著科技發展及推廣應用的需求，利用（yòng）快速成型直接（jiē）製造金（jīn）屬功能零件成為了快速成型主要（yào）的發展方向。目前可用於直接製造金屬功能零件的快速（sù）成型方法主（zhǔ）要有：選區激光熔化（huà）（Selective Laser Melting，SLM）、電子束選區（qū）熔化（Electron Beam Selective Melting，EBSM）、激光近淨成形（Laser Engineered Net Shaping，LENS）等。

激光（guāng）工程化淨成形技術( LENS) 

LENS是一種新的快速成形技術，它（tā）由美國（guó）Sandia國家實驗室首先提出。其特點是: 直接（jiē）製造形狀結構複雜的金屬功能（néng）零件或模具； 可加工的金屬或合金材料範（fàn）圍（wéi）廣泛並能（néng）實現異質材料零件的製造； 可方便加工熔點高、難加工的材料。

LENS是（shì）在激光熔覆（fù）技術的基礎上發展起來的一種金屬零件3D打（dǎ）印技術。采用中、大功率激光熔化同（tóng）步供（gòng）給的金屬粉末，按照預設軌跡逐層沉積在基板上，最終形成金屬零件。1999年，LENS工藝獲得（dé）了（le）美國工業界中“最富創造力的25項技術”之一的稱號（hào）。國外研究人員研究了LENS工藝製備奧（ào）氏體不（bú）鏽（xiù）鋼試件的硬度分布，結果表明（míng）隨著加工層數的增加，試件的維（wéi）氏硬度降低。

 

國外研究（jiū）人員應用LENS工藝製備了載重植入體的（de）多孔和功能梯度結構，采用（yòng）的材料為Ni、Ti等與人體具有良好（hǎo）相（xiàng）容性的合金，製備的植入體的孔隙率（lǜ）最高能達到70%，使（shǐ）用壽命達到7-12年（nián）。  Krishna等人采用（yòng）Ti-6Al-4V和（hé）Co-Cr-Mo合金製備了多孔生物植入（rù）體，並研究（jiū）了植入體的力學（xué）性能，發現孔隙率（lǜ）為10%時，楊氏模量達到90 GPa，當孔隙率為70%時，楊氏模量（liàng）急劇降到2 GPa，這樣（yàng）就可以通過改變孔隙率，使（shǐ）植（zhí）入（rù）體的（de）力學性能與生物體適配。   Zhang等製備了（le）網（wǎng）狀的 Fe 基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金（jīn）屬玻璃（MG）組件，研究發現MG的顯微硬度（dù）達到9.52 GPa。Li通過LENS工藝修複定向凝固高溫合（hé）金（jīn）GTD-111。國內（nèi）的薛春芳（fāng）等采用LENS工藝，獲得微（wēi）觀組織、顯微硬度和（hé）機械性能良好的網狀的Co基高溫合金薄壁零件。費群星（xīng）等采用LENS工藝成型了無變形的（de）Ni-Cu-Sn合（hé）金樣品。

在LENS係統中，同軸送粉器包括送粉 器、送粉（fěn）頭和保護氣路3部分。送粉器包（bāo）括粉末料箱（xiāng）和粉末定量（liàng）送給機構，粉末的（de）流量由步進電機的轉速（sù）決定。為使（shǐ）金屬粉末在（zài）自重作用下增加流（liú）動性，將送粉器架（jià）設在（zài）2. 5 m的高度上。從送粉器流出的金屬粉末經粉末分割器（qì）平均分成4份並通（tōng）過軟管流入粉頭，金屬粉末從粉頭的噴（pēn）嘴噴射到激光焦點的位置完成熔化（huà）堆積過程。全部粉末路徑由保護氣體推動，保護氣體將金（jīn）屬粉末與空氣隔離（lí），從而避免金屬粉末氧化。LENS 係統同 軸送粉器結構示意圖見圖1。 目（mù）前，快速原型（xíng）技術已經逐步趨於成熟，發達國家也將激光（guāng）工程化淨成形技（jì）術作為研究的重點，並取（qǔ）得了一些實質性成果。在實際應用中，可以利用該技術製（zhì）作出功能複 合型材料，可以修複高附加值的鈦合金葉片，也（yě）可以運用到直升機、客機、導彈的製作中。另外，還（hái）能將該技術運用於生物植入領域，采用與人體具有相（xiàng）容性的Ni、Ti材質製備植入體（tǐ），有效提（tí）升（shēng）了空隙（xì）率，延長了（le）植入體的使用時長。

激光選（xuǎn）區熔化技術（shù）( SLM) 

SLM 是（shì）金屬 3D 打印領域的重要部分，其發展曆程經曆低熔點非金屬（shǔ）粉末燒結、低熔點包覆高熔點粉末（mò）燒（shāo）結、高熔點粉末直（zhí）接熔化成（chéng）形等階段。由美國德克薩斯大學奧斯汀分校在 1986年最早申請專利，1988年（nián）研（yán）製成功了（le）第1台SLM 設備，采用精細聚焦光斑（bān）快速熔化成30 ～51 μm 的預置粉（fěn）末材料，幾乎可以直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結合的功能零件（jiàn）。致密度可達到近乎 100%，尺（chǐ）寸精度達 20 ～ 50 μm，表麵粗糙度達20 ～30 μm，是一種極具發展前（qián）景的快速成形技術。

 

SLM成（chéng）型材料多為單一組分金屬粉末，包括奧氏（shì）體不鏽鋼、鎳（niè）基合金、鈦基合金、鈷-鉻合金和貴重金（jīn）屬等。激光束快速熔（róng）化金屬粉末並獲（huò）得連續（xù）的熔道，可以直接（jiē）獲得幾乎任意形狀、具有完全冶金結合、高精度的近乎致密金屬（shǔ）零件，是極具發展前景（jǐng）的金屬零件3D打印技術。其應用範圍已經擴展到航（háng）空航天、微電子、醫療、珠寶首飾等行業（yè）。

 

SLM工藝有多達50多（duō）個影響因素，對 成型效果（guǒ）具（jù）有重要影（yǐng）響的六（liù）大類：材料屬性、激光與（yǔ）光路係統（tǒng）、掃描特征、成型（xíng）氛圍、成型幾（jǐ）何特征和設備因素。目前，國內外（wài）研究人員主要針對以上幾個影（yǐng）響（xiǎng）因素進行工藝研究、應用研（yán）究，目的都是為了解（jiě）決成型過程中出現的缺陷，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、鋪粉層厚、掃描間距和掃描策略等，通過組合不同的工藝參數， 使成型質量最優。

 

SLM成（chéng）型過（guò）程中的主要缺 陷有球化、翹曲變形。球化是成型過程中上下兩層熔化不充分，由於表麵張力的作用，熔化的液滴會迅速卷成球形，從而導致球化現象，為了（le）避免球化，應該（gāi）適當地增大輸入 能量。翹曲變形是由於SLM成型過（guò）程中存在的熱應（yīng）力超過材（cái）料的強度，發生塑性（xìng）變形引起，由於殘餘應力的測（cè）量比較困（kùn）難，目前對 SLM工藝的翹曲變形（xíng）的（de）研究主（zhǔ）要是采用有限元方法（fǎ）進行，然後通過實驗驗證模擬結果（guǒ）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 等三維造型軟件設計出零（líng）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（qiē）片分層，得（dé）到各截麵的輪廓數據，由輪廓數據生成填充掃描路徑，設備將按照這些（xiē）填充掃描線（xiàn），控製激光（guāng）束選（xuǎn）區熔化各層的（de）金屬粉末材料，逐步堆疊成三維金（jīn）屬零件。

 

上圖為其成（chéng）形原理圖： 激光束開始掃描前，鋪粉裝置先把（bǎ）金屬粉末平推（tuī）到成形缸的基板上，激光束（shù）再按當前層的填充掃描線，選區熔化基板上的粉末，加工出當前層，然後（hòu）成形缸下（xià）降1 個層（céng）厚的距離，粉料（liào）缸上升一定厚度的距（jù）離，鋪粉（fěn）裝置再在已加工好（hǎo）的當前層上鋪好金屬粉末，設備調入下（xià）一層輪廓的數據進行（háng）加工，如此層層加工，直到整個零件加工完畢。整個（gè）加工過程（chéng）在通有惰性氣（qì）體保護的加工室中進行，以避免金屬在高溫下與其他氣（qì）體發生反應。  廣泛應（yīng）用（yòng）激光選（xuǎn）區熔化技（jì）術的代（dài）表國家有德國、美國等。他們都（dōu）開發出了不同（tóng）的製造機（jī）型，甚至可以根據實際情況專門（mén）打造零件，滿足個性化的需要。利用EOSING M270設備成形的金（jīn）屬零件尺寸較小，將其應用到牙橋、牙冠的批量生產中（zhōng）既不會影響人們對其的（de）使用，也不會（huì）產生不適感，且它的（de）致（zhì）密度接近100%，精細度較好（hǎo）。與此同（tóng）時，利用 SLM 技術生產出的（de）鈦合金零件還能夠（gòu）運用到醫學植入體中，促進了醫（yī）學工作的（de）發展。

 

電子束選區熔化技術( EBSM) 

EBSM是采用高能電子束作為加工熱源（yuán），掃描成形可以通過操縱磁偏轉線圈進行，且電（diàn）子束具有的（de）真空環境，還可以避免金屬粉末在液相燒結或熔化過程中被氧化。鑒於電子束具有的上述優點，瑞典 Arcam公司、清華大學、美國麻省理（lǐ）工學院和美國 NASA 的Langley 研究中（zhōng）心，均開發出了各自的電子束快速製造係統 ，前兩家利用電子束熔化鋪在工作台麵上的金屬粉末，與激光選區燒（shāo）結技術類似；後兩（liǎng）家利用電子束熔化金屬（shǔ）絲材，電子束固定（dìng）不動，金屬絲材通過送絲裝置和工（gōng）作（zuò）台移（yí）動，與激光淨成形製造技術類似。 

 

EBSM技術是20世（shì）紀（jì）90年代中期發展起來的一種金屬零3D打印技術，其（qí）與SLM/DMLS係統的差別主要（yào）是熱源不同，在成型（xíng）原理上基本相似。與以激光為能量源的金屬零件3D打印技術相比，EBSM 工藝具有能量利用率高、無反射、功率（lǜ）密度高、聚焦方便等許（xǔ）多優點。在目（mù）前3D打印技術（shù）的數十種方法中，EBSM技術因（yīn）其（qí）能夠直接成型（xíng）金屬零部件而受到人們（men）的高度關注。

 

國外對EBM工藝理論研究（jiū）相對較早，瑞典的Arcam AB公司研發了商（shāng）品化的EBSM設備EBM S12係列，而國內對EBSM工藝的研究相對較晚。Heinl等采用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（gòu）。通過改變（biàn）預設置彈（dàn）性模量E，可以獲得大小不同的孔隙，降低結構的密度（dù），獲得輕量化的結（jié）構（gòu）。K.N.Amato等（děng）人利用Co基高溫合（hé）金（jīn）矩（jǔ）陣顆粒製備了柱狀碳化物沉積結構。

 

Ramirez等采用Cu2O製備了新型定向微結（jié）構，發現在製備過程中，柱狀Cu2O沉澱（diàn）在高純銅中這一現象（xiàng）。劉海濤等研（yán）究了工藝參數對電子束選區熔化工藝過程的影響，結（jié）果表明掃描線（xiàn）寬與電子束電流、加速電壓和掃描速度呈明顯的線性關係，通過調節搭接率和掃描路徑可以獲得較好的層麵質量。鎖紅波（bō）等研究了EBSM製備的Ti-6Al-4V試件的硬度和拉伸強度等力學性能，結果表明（míng）成型（xíng）過程中Al元素損（sǔn）失（shī）明顯，低的氧氣含量（liàng）及Al含量有利 於塑性提高；硬度在同一層麵內和沿熔積高 度方向（xiàng）沒有明（míng）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，先在鋪粉平麵上鋪展一層粉（fěn）末並壓實（shí）； 然後，電子束在計算機（jī）的控（kòng）製下按照截（jié）麵輪廓的信息進行有選擇的熔化/燒結，層（céng）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（děng）工藝步驟，因此，在其真空室應具備鋪送粉機構、粉末回（huí）收箱及成形平台。同時（shí），還應包括電子槍係統、真空係統（tǒng）、電源（yuán）係統和控製係統。其中，控製係統包括掃描控製係統、運動控製係統、電源（yuán）控製係（xì）統、真空控製係統和溫度檢測（cè）係（xì）統，如圖 3 所示。 瑞典 Arcam 公司製（zhì）造生產的 S12 設備是電子束選區熔化技術在實（shí）際應用中的最好實例。該公司（sī）在 2003 年就開始研究該項技術（shù），並與多種（zhǒng）領（lǐng）域結合探究。目前，EBSM技術在生物醫學中得（dé）到了（le）大量應用，相（xiàng）關單位正積極研究它在航（háng）空航天領域（yù）中的應用，美國在空間飛行器方麵的研究重點是飛行器（qì）和火箭（jiàn）發動機的結構製造以及月球或空（kōng）間站環境下（xià）的金屬（shǔ）直接成形製造。 

3、3D打印材料突破是（shì）發展基礎 

3D打印材料是3D打印技術發展（zhǎn）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（chéng）塑料（liào）、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬（shǔ）材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等食品材（cái）料也（yě）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對3D打印設備和工（gōng）藝而研發的，與（yǔ）普通的塑料、石（shí）膏、樹脂等有所區別，其形態一般有粉（fěn）末狀、絲狀、層片狀、液體（tǐ）狀等。通常，根據打印設備（bèi）的類型及（jí）操（cāo）作條件的不同，所使用的粉末狀3D打印材料的粒徑為1～100μｍ不等，而為了使粉末（mò）保持良好的流動性，一般要求粉末要具有（yǒu）高球形度（dù）。  

3D 打印材料的研發和（hé）突破是3D打印技術推廣應用的基礎， 也是滿足打印的根本保證。 一是加強材（cái）料的研製，形成完備的打印材料體係。 近幾年（nián），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（dá）到30%多， 約占 3D打印材（cái）料的12%， 金屬材料以鈦、鋁、鋼和鎳（niè）等合（hé）金為主，鈦合金、高溫合金、不鏽鋼、模具鋼、高強鋼、合金鋼和鋁合（hé）金等均可作為（wéi）打（dǎ）印材料，已經廣泛應用於裝備製造和修複再製造。  但目前還沒有（yǒu）一個 3D 打印材料體係， 現（xiàn）有材料還（hái）遠不能滿足 3D 打印的需求。

 

用（yòng）於激光立體成形的材料主要是金屬（shǔ）惰性材料， 下一步需要嚐試其（qí）他（tā）活潑的金屬打印材料。  傳統用於粉末冶金（jīn）的金屬粉末（mò）尚不能完全適應（yīng）3D打印的要求，且目前能運用於打印的金（jīn）屬材料種類少，價格偏高。國外已出（chū）現少數幾家專（zhuān）供3D打印的金屬粉末的公司，如美國Sulzer Metco、瑞典的Sandvik等，但也隻能提供少（shǎo）數幾種常（cháng）規金屬粉末。國內材料研發相對滯後，打（dǎ）印粉末太貴。因為材料研發周期長，研發（fā）難（nán）度較設備大，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）是國內為數不多（duō）的從事金（jīn）剛（gāng）石微粉、CBN微粉生產（chǎn）的企業。高校研究又熱衷於3D打印裝備及軟件配（pèi）套等，因此打（dǎ）印材料（liào）在很大程度上製約著金屬3D打印技術的發展及應用。 

4、金（jīn）屬粉末 

3D打印所使用的金屬粉（fěn）末一般要求純淨度高、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低（dī）。目前，應用於3D打印的金屬粉末材料主（zhǔ）要有鈦合金（jīn）、鈷鉻合金、不鏽鋼和鋁合金材料等，此外還有用於打（dǎ）印首飾用的（de）金、銀等貴金屬粉末（mò）材（cái）料。 3D 打印金（jīn）屬粉末作為（wéi）金屬零件 3D 打印產業鏈最重要的一環，也是最大的價值所在（zài）。

 

在“2013年世界 3D 打印技術產業大會（huì）”上，世界 3D 打印行業的權威專家對3D打印金屬粉末給予明確定義（yì），即指尺寸小於 1mm 的金屬顆粒群。 包括單（dān）一金屬粉末、合金粉末以（yǐ）及具有金屬性質的某些難熔化合物粉末。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）備良好的可塑性外，還必須滿（mǎn）足粉（fěn）末粒徑細小（xiǎo）、粒度分布較窄、球形度（dù）高、流動性好和鬆（sōng）裝密度高等要（yào）求。

 

鈦合金 

鈦合金具有耐高溫、高耐腐蝕性、高強（qiáng）度、低密度以及生物相容性等優點，在航空航天、化（huà）工、核工業、運動器材及醫療器械等領域得到了廣（guǎng）泛的應用。  傳統鍛造和鑄造技術製備（bèi）的鈦合金件已被廣泛地應用在（zài）高新技術（shù）領域，一架波音747飛機用鈦（tài）量達到42.7t。但是傳統（tǒng）鍛造和鑄造方法生產大型鈦合金零件，由於產品成本高、工藝複雜（zá）、材料利用率低以及後續加工（gōng）困難（nán）等不（bú）利因素，阻礙（ài）了其更為廣泛的應用。而金屬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（zhǒng）直接製造鈦合金（jīn）零件的新型技術。  開發新型鈦基合金是鈦合金SLM應用研究的主（zhǔ）要方向。由於鈦以及鈦（tài）合金（jīn）的應變硬（yìng）化指數低（近似為0.15），抗塑（sù）性剪（jiǎn）切變形能力和耐磨性差，因而（ér）限製了其製件在高溫和腐（fǔ）蝕磨損條件下的使用。

 

然而錸（Re）的熔點很高，一般用於超高溫和強熱震工作環境，如美國 Ultramet公司（sī）采用金（jīn）屬有機化學氣相沉積法（MOCVD）製備 Re基（jī）複合噴管已經成功應用於航空發動機燃燒室，工作溫度可達2200℃。因此，Re－TI合金的製備在航空航天（tiān）、核能源和電子領域具有重大意義。Ni具有（yǒu）磁性和良好的可塑性（xìng），因此Ni－TI合金是常用的一種形狀記憶合金。合金具有偽彈性、高彈性模量、阻尼特性、生物（wù）相容性和耐腐蝕性等性能。另外鈦合金多孔結構人造骨的研究（jiū）日益增多，日本京都大學通過3D打印技術給4位頸椎間盤突（tū）出患（huàn）者製作出不同的人造骨並成功移植，該人（rén）造骨即為Ni－TI合金。

 

不鏽鋼  

不鏽鋼具（jù）有耐化學腐蝕、耐（nài）高溫和力學性能良好等特（tè）性，由於其（qí）粉末成型性好、製備工藝簡單且成本低廉，是最早應用於3D金屬打印的材料。如華中科技大學、南京航空航天大學、東北大學（xué）等院校在金（jīn）屬（shǔ）3D 打印方麵研究（jiū）比較深入。現研究主要集中在 降低（dī）孔隙率、增加強度以及對熔化過程的金屬粉末（mò）球化機製等方（fāng）麵。  李瑞迪等采（cǎi）用不（bú）同的（de）工藝參數，對304L不鏽（xiù）鋼粉末（mò）進行了SLM成形試驗，得出304L不鏽鋼致密度經（jīng）驗（yàn）公式，並總結出晶粒生長機製。

 

潘琰峰分析（xī）和（hé）探討了316L不鏽鋼成形過程中球化產生機理和影響球化的因（yīn）素，認為在激光功率和粉末層厚一定時，適當增大掃描速度可減小球化現象，在（zài）掃描（miáo）速度和粉末層厚固定時，隨著激光功率的增大，球化現象加（jiā）重。Ma等通過對1Cr18Ni9Ti不鏽鋼粉末進行激光熔化，發現粉末層厚從60μｍ 增加（jiā）到150μｍ時，枝（zhī）晶間距從0.5μｍ增加到1.5μｍ，最後穩定在2.0μｍ 左右，試樣（yàng）的硬度依（yī）賴於熔化（huà）區域各向異性的微結構和晶（jīng）粒大小。薑煒采用一係列的不鏽鋼粉（fěn）末，分別研究粉末特（tè）性和工（gōng）藝參數對SLM成形（xíng）質量的影響，結果表明，粉（fěn）末材料的特殊性能和工藝（yì）參數對SLM 成形影（yǐng）響的（de）機理主要是（shì）在於對選擇性（xìng）激光成形過程（chéng）當中熔池（chí）質量的影響（xiǎng），工藝參（cān）數（激光功率、掃描速度）主要影響熔池的深度和寬度，從而決（jué）定SLM 成形件的質量。

高溫合金 

高溫合（hé）金是指以鐵、鎳、鈷（gǔ）為基，能在600℃以上（shàng）的高溫及一（yī）定（dìng）應力環境下長（zhǎng）期（qī）工 作的（de）一類金屬材（cái）料。其（qí）具有較高的高溫強度、良好的抗熱腐蝕（shí）和抗氧化性能以（yǐ）及良好的塑性和（hé）韌性。目前按合金基體種（zhǒng）類大（dà）致可分為鐵基、鎳基和（hé）鈷基合金3類。高溫合金主（zhǔ）要用於高性能發動機，在現代先進的航空（kōng）發動機中，高溫（wēn）合金材料的使用量占發動機總質量的（de）40％～60％。現代高性能（néng）航空發動機的發展對高溫合（hé）金的使（shǐ）用溫度和性能（néng）的要（yào）求越來越高。傳統的鑄錠冶金工藝冷卻速度慢，鑄錠中某些元素和（hé）第二相偏析（xī）嚴重，熱加工（gōng）性能差，組織不均勻，性（xìng）能不穩定。而3D打印（yìn）技術在高溫合金（jīn）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8月22日進行的（de）高溫點火試驗中，通（tōng）過3D打印技術製造（zào）的火箭發動機噴嘴產生了創紀錄的9t推力。

 

鎂合金 

鎂合金作為最輕的結構合金，由於其特（tè）殊的高強度和阻尼性能，在諸多應用領域鎂合金具有替代（dài）鋼和鋁合金的（de）可能。例如鎂合金在（zài）汽車以及航空器組件方麵（miàn）的輕量化應用，可降（jiàng）低燃料使用量和廢氣排放。鎂合金具（jù）有原位降解性並且其楊氏模量低，強度接近人骨，優異的生物相容（róng）性，在外科植入方麵比傳統合金更有應用前景。

結語

3D打印技術自20世紀90年代出現以來，從一開始高分子材料的打印逐（zhú）漸聚焦到金屬粉末的打印，一大批新技術、新設備和新材料被開發應（yīng）用（yòng）。當前（qián），信（xìn）息技術創新步伐不斷推進，工業生產正步入智能化、數字化的新階段（duàn）。2014年德國提出“工業4.0”發展計劃，勢必引起工業領域（yù）顛覆性的改變與創新，而（ér）3D打印技術將是工（gōng）業智能化發展的強大推力。金屬粉末3D 打印技術目前已取得了（le）一（yī）定成果，但材料瓶頸勢必影響3D打印技術（shù）的推廣，3D打（dǎ）印技術對材料提出了更高的要求。現適用於工業（yè）用3D打印的金屬材料種類繁多，但是隻有專（zhuān）用的粉末材（cái）料才能滿足工業生（shēng）產要求。

 

3D 打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（jiā）強材料結構和屬（shǔ）性之間（jiān）的關係研究，根據材料的性質進（jìn）一步優化工藝參數，增加打印速度，降低孔隙率和氧含（hán）量，改善表麵質量；

 

二是研發新材料 使其適用於3D打（dǎ）印，如開發耐腐蝕（shí）、耐高溫和綜合力學性能優異（yì）的新材料；

 

三是（shì）修（xiū）訂並完（wán）善3D打印粉體材料技術標準體（tǐ）係，實現（xiàn）金屬材料打印技術標準的製度化（huà）和常態化。