1、What is 金屬3D打印 ？

今天，小編給大家講講應用於（yú）航空航天、汽車製造、珠寶、醫療等行業領域的金屬3D打印材料。

 

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金屬3D打（dǎ）印是屬（shǔ）於數字熱加工的一項技術（shù），目前製備金屬的3D打印技術主（zhǔ）要有：選（xuǎn）區激光（guāng）熔化/燒結（SLM/SLS)、電子束選區熔化（EBSM)、激光近淨成形（LENS)等。與傳統工（gōng）藝相比，金（jīn）屬3D打（dǎ）印有直接成型，無需模（mó）具，可（kě）以實現個性化設計並製作複雜結構，高效、低消耗、低成本等優點。但是因為其是數字熱加工，變形是無法（fǎ）消除的，變形（xíng）量需要從（cóng）工藝和經驗上去控製，最後還要經過數（shù）控機床等技術的後期加工處理。

 

 

 

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

雖然說3D打印在（zài）國內近幾年熱度才升起來，但就國際而言，3D打印發展早在20世紀80年代就已經興起了。國際範圍內，美國Argen Corporation(在牙科金屬材料領域尤其有（yǒu）實力），美國Carpenter Technology，德國Concept Laser, 英國CPM，德國EOS，意大利Legor Group，英國LPW Technology，美國Pyrogenesis(在國（guó）防領域尤其擅長），瑞典Sandvik，德國SLM Solutions等（děng）企業在各自的金屬（shǔ）打印領（lǐng）域（yù）提供了一係列的行業（yè）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，這也促使國內致力於3D打（dǎ）印金屬（shǔ）材料的企業和（hé）機構自主研發金屬3D打印（yìn）材料。

 

 

 

3、In where 金屬3D打印材料 be used ？

金屬（shǔ）3D打印材料的應用領域（yù）相當廣泛，例（lì）如（rú），石化工程應用、航（háng）空航（háng）天（tiān）、汽車製造、注塑模（mó）具、輕金屬合金鑄造、食品加工、醫療、造紙、電力工業、珠寶、時（shí）裝等。

　　但是，因為金屬3D打印材料本身的材料屬性，其都有特定的應用領域（yù）範圍，因此（cǐ），金屬3D打印材料選擇的過程（chéng）是一個權衡多個因素的過程。而且，3D打印金屬不能僅（jǐn）僅憑借金屬3D打印機的參（cān）數來衡定，每（měi）種金屬材料都有適合自身特性的極限點，包括應用、功能、穩定性、耐久性、美觀性、經濟性都（dōu）是（shì）設計（jì）師要考慮的因素。

　　現今，國內外金屬3D打印機采用（yòng）的金屬粉（fěn）末一（yī）般有：工具鋼、馬氏體（tǐ）鋼、不鏽鋼（gāng）、純鈦及鈦合金（jīn）、鋁合金、鎳基合（hé）金、銅基合金、鈷鉻合金等。

 

1.工具鋼和馬氏體鋼

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工具鋼

　　以工具鋼（gāng）和馬氏體鋼為例（lì），工具鋼的適用性來源於其優異的硬度、耐磨（mó）性和抗（kàng）形變能力，以及在高溫（wēn）下保持切削（xuē）刃的能力。模（mó）具H13熱作（zuò）工具（jù）鋼就是其中一種（zhǒng），能夠承受不確定時間的工藝條（tiáo）件；馬氏體鋼，以（yǐ）馬氏體300為例，又稱“馬氏體時效（xiào）”鋼，在（zài）時效過程中的高強度、韌性和尺寸（cùn）穩定性都是眾所周知的（de）。他們與其他鋼不同，因為（wéi）他們是不含碳的，屬於金（jīn）屬間化合物，通過豐富的鎳、鈷（gǔ）和鉬的冶金反應硬化。由於高硬度和（hé）耐磨性，馬氏體300才適用於許多模具的應用，例如，注塑模具、輕金屬合金鑄造、衝壓和擠壓等，同時，其也廣泛應用於航空航天、高（gāo）強度機身部件和賽車零部件。

 

 

2.不鏽鋼

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不鏽鋼

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

　　奧氏體不鏽鋼316L，具（jù）有高強度和耐（nài）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、石化等多種工程應用，也可以用於食品加工和醫療等領域（yù）。

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

　　馬氏體不鏽鋼17-4PH，在高達315℃下仍具有高強度高韌性，而且耐腐蝕性（xìng）超強，隨著激光加（jiā）工狀態可以（yǐ）帶倆極佳的延展性。

 

 

3.合金

　　金（jīn）屬3D打印（yìn）材料應用最（zuì）為廣泛（fàn）的金屬粉末合金主（zhǔ）要有（yǒu）純（chún）鈦及（jí）鈦合金、鋁合金、鎳基合金、鈷鉻合金、銅基合金等。

 

1）純鈦及（jí）鈦合金

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鈦合金

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

　　鈦（tài）是鈦合金產業的關鍵（jiàn）。目前，應用於金屬3D打印的鈦合金（jīn）主要是鈦合金5級和（hé）鈦合金23級，因為其優異的強（qiáng）度和韌性，結合（hé）耐腐蝕、低比重（chóng）和生物相容性，所以在航空航天和汽車製造中具有非常理（lǐ）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。鈦合金（jīn）23級，純度更高（gāo），是神級一樣的牙科和醫療鈦品級（jí）。

 

2）鋁合（hé）金（jīn）

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鋁合金

　　目前，應用於金屬3D打印的鋁合金主要（yào）有鋁矽AlSi12和AlSi10Mg兩種。鋁矽12，是具有良好的熱性（xìng）能的輕質增材製造金（jīn）屬粉末，可應用於薄壁零件如換熱器或其他汽車零部件，還（hái）可應用於航空航（háng）天及航空工業級的（de）原型及（jí）生產零部件；矽/鎂組合使鋁合金更具強度和硬度，使其適用（yòng）於薄壁以及複雜的幾何形狀的零件，尤其是在具有良好的熱（rè）性能和低重量場合中。

 

3）鎳基合（hé）金

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　　一般情況下，鎳基合金都具有良好的抗（kàng）拉伸（shēn）、抗疲勞和抗（kàng）熱疲勞性（xìng）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（rú）變斷裂（liè）強度，抗熱腐（fǔ）蝕性（xìng）是較低鉻含量的超合金，可（kě）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在高溫下具有高強度（dù）和抗氧化性，在高達1200℃的環（huán）境中，也具有（yǒu）良好（hǎo）的延展性，目前，主要應用於航空航（háng）天技術中，例如燃氣輪機部件和燃燒區組件如（rú）過渡管、燃燒（shāo）器罐、噴杆、排氣管、加力燃燒（shāo）室等；而且還因為具有耐應力腐蝕開裂的性（xìng）能，應用於工業爐、石油化工及（jí）化學（xué）過程工業中。

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

　　Inconel 713具有優異的抗熱疲勞性能，以及在927℃的（de）特（tè）殊斷裂強度，適用於噴（pēn）氣發動機燃（rán）氣輪機葉（yè）片。

　　Inconel 718是（shì）基於（yú）鐵鎳硬化（huà）的超合金，具有良好的（de）耐腐蝕性及耐熱、拉伸、疲勞、蠕變性，適（shì）用於各（gè）種高端應用，例如，飛（fēi）機渦輪發動機和陸基渦輪（lún）機等。

 

4）鈷鉻合（hé）金

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鈷鉻合金粉（fěn）

　鈷鉻合金具有（yǒu）高強度、耐腐蝕性強、良好的生物（wù）相容性以及無磁性的性能，主要應用於外科植入物包括（kuò）合金人（rén）工（gōng）關（guān）節、膝關節和髖關節，同時其還可（kě）用於發動機部件（jiàn）以及時裝、珠寶行業等（děng）。

 

5）銅基合金

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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（de）導（dǎo）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和冷卻通道，適合冷卻更有（yǒu）效的工具插入模具，如半導（dǎo）體器件，也可用於微型換熱器，具（jù）有壁薄、形狀複雜的（de）特征。

 

4、What problem 金（jīn）屬3D打印 has ？

就國內（nèi）而言，在金屬3D打印領域具有較高權威的3D打印（yìn）企業當屬西（xī）安（ān）鉑力特，公司（sī）一直專注於（yú）高性能致密（mì）金屬零件的激光立體成形製造，以及金（jīn）屬（shǔ）零件的激光修複再（zài）製造，涵蓋各種鈦合金、高溫合金、不鏽鋼、模具鋼、鋁合金等材料。

　　據西安鉑（bó）力（lì）特區域經理周靈峰介（jiè）紹，國內的傳統製造業體（tǐ）量非（fēi）常巨大，產品種類（lèi）琳（lín）琅滿目，而3D打印（yìn）作為一項（xiàng）前沿科技，遠（yuǎn）遠談不（bú）上（shàng）顛（diān）覆製造業，兩者（zhě）是相輔相成、相互促進、協同發（fā）展的。雖然，3D打印（yìn）是一項自由（yóu）結構製造的技（jì）術，但是，需要有很多加工方（fāng）法來規避3D打印後處理的的痛點（diǎn）。因此，傳統製造業所使用的數（shù）控機（jī）床加工技術就顯得尤為（wéi）重要，其與3D打印相得益彰，不同的產（chǎn）品在利（lì）用這兩種技術時可以變化主導製造流程，塑造（zào）的產品（pǐn）會更加完美（měi）。

 

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　　至於要真正加工一個近乎完美（měi）的（de）金（jīn）屬件，設備載體固然重要，但是需要軟（ruǎn）件、工（gōng）藝、材料相互協調，當然，用金屬3D打印機製造（zào）零部件或者加工產品，首先需要熟悉材料，然後（hòu）再談精密機械（xiè）。而（ér）且，金屬打印，因為支撐問題，會導致後（hòu）期零件無法加工（gōng），可能需要考慮更多材料成分的配（pèi）比關係來迎合打印過程中其他因（yīn）素對材料特性的影響。以3D打印航空航天零部件為例，航（háng）空航天上使用的金屬部件都是在（zài）極端環境下的，具有強抗腐（fǔ）蝕性、耐高溫、金屬強度高（gāo）的特點，如果不熟悉材料特征，如何利用3D打印（yìn）控製製造金屬零（líng）部件呢？因此，熟悉材料（liào）就顯得尤（yóu）為重要（yào）。

　　另外，金屬3D打印材料成本較（jiào）高，一（yī）方麵是因為國內大部（bù）分的金屬3D打印（yìn）材料依賴（lài）進口，另一方麵（miàn），前期研發金屬打印新材料（liào）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（dǎ）印原（yuán）材料是推動金屬3D打印發展的必然因素，而且，這也能催生新產業的發（fā）展。

 

 

 

 

5、Summary

內行看門道（dào），外行看熱鬧（nào）。就國內金屬3D打（dǎ）印的發（fā）展（zhǎn）現狀而言，中國還有很長的路要（yào）走。據介紹，我們看（kàn）到，美國在走“互聯網+”，德國走“+互聯網”，然後中國以德為師，提出工業4.0。但（dàn）是，我們要認識到，德國具有雄厚的工業基礎作為支撐，才提出製造業+互（hù）聯網，相比而言，中國的製造（zào）業基礎還是薄弱的，而（ér）且研究基礎也不高（gāo），這也是（shì）製約金屬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（jìn）來（lái），讓知識流動（dòng）性加強，然後逐步推（tuī）進（jìn）“互聯網+製造業”，促進傳（chuán）統製造業的轉型（xíng）升級，推動3D打印的快速發展。