近年來，3D打印技術逐漸應用於實際產品的製造，其（qí）中，金屬材料的3D打印技術發展尤其迅速。在國防領域，歐美發達國家非常重視3D打印技術的發（fā）展，不惜投入巨資（zī）加以研究，而3D打印金屬零部件一直是（shì）研究和應用的重點。不大能打印模具、自行車（chē），還能打印出gun等武器，甚至能夠打印出（chū）汽車（chē）、飛機等大（dà）型設備裝備。作為一（yī）種新型製造技術，3D打印已展現出了十（shí）分廣闊的應用前景，而且在裝備設計與製造、裝備保障、航空航天等更多的領域展現出了強勁（jìn）的發展勢頭。

 

 

1 3D打印（yìn）概述

 

1.1 基本概述

 

3D打印技術的核心思想最早起源（yuán）19世（shì）紀末的美國，但是直到20世紀80年代中期才有了雛形，1986年美國（guó）人Charles Hull發明了第一台3D打（dǎ）印機。我國是從1991 年開始研究3D打印技術的，2000年前後，這些工（gōng）藝（yì）開始從實驗室研究逐步向工程化、產品化方向發展。當（dāng）時它（tā）的名字叫快速原型技（jì）術（RP），即開發樣品之前的實物模型。現在也（yě）有（yǒu）叫快速成型技術，增（zēng）材製造。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（sù）成型技術的一種，它是一種以（yǐ）數字模型設計為基礎，運用粉末狀金屬或（huò）樹（shù）脂等可粘合材料，通過逐層“增材”打印（yìn）的方式來構造三維物體的技術。3D打（dǎ）印被稱作“上個世紀的思想和技術，這個世紀的市場”。

 

1.2 3D打印特點

 

1）精度高。目前3D打印設備（bèi）的精度基本都可控製在0.3mm以下。

 

2）周期短。3D打（dǎ）印（yìn）無須模具的製作過程（chéng），使得模型的生產時間大大縮短，一（yī）般幾個小時甚至幾十分鍾就可以完成一個模型的（de）打印。

 

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

 

4）材料的多樣性。一個3D打印係統往往可以實現不（bú）同材料的打印，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（yìn）材料比較貴，但如果用來製作個性化產（chǎn）品，其製作成本相對就比較低了。

 

 

2 金屬3D打印技術

 

金屬零（líng）件（jiàn）3D打印技術作為整個3D打印體係中最為前沿和最有潛力（lì）的（de）技術，是先進製造技術的重（chóng）要（yào）發展方向。隨著科技發展（zhǎn）及推廣應用的需求（qiú），利用快速成型直接製造金屬功能零件成為了快速成型主要的發展方向。目前可（kě）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（jī）光近淨成形（Laser Engineered Net Shaping，LENS）等。

 

 

2.1 激光工程（chéng）化淨成形技術( LENS)

 

LENS是一種新的快速（sù）成形技術，它（tā）由美國Sandia國家實（shí）驗室首先提出。其特點是: 直接製造形狀結構複雜的金屬功能零件或模具；可（kě）加工的金屬或合金材料範圍廣泛並能實現異質材料零件的製造；可方便加工熔點高、難加（jiā）工的材料。

 

 

LENS是在激光熔覆（fù）技術的基礎（chǔ）上發展起來的一種金屬零件3D打（dǎ）印技術。采（cǎi）用中、大功率激光熔化同步供給的金屬粉末，按照預（yù）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“最富創造力的25項技術”之一的稱號。國（guó）外研究人員研究了LENS工藝製備奧氏體不鏽鋼試件的硬（yìng）度分布，結果表（biǎo）明隨著加工層數的增加，試件的維氏硬（yìng）度降低。

 

國（guó）外研究人員應（yīng）用LENS工藝製備了載重植入體的多孔和功能梯（tī）度結（jié）構，采用的材料（liào）為Ni、Ti等與人體具（jù）有良好相容性的合金，製備的植入體的孔隙率最高（gāo）能達到70%，使（shǐ）用壽命達到7-12年。 Krishna等（děng）人采用Ti-6Al-4V和Co-Cr-Mo合金製備了（le）多孔生物植入體，並研究了植入（rù）體的力學性能（néng），發（fā）現（xiàn）孔隙率為10%時（shí），楊氏（shì）模量達到90 GPa，當孔隙率為70%時，楊氏模量急劇降到2 GPa，這樣就可以通過（guò）改變孔隙率，使植入體的力學性能與生物（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）組件，研究發現MG的顯微硬度達到9.52 GPa。Li通過LENS工藝修複定（dìng）向凝（níng）固高（gāo）溫合金GTD-111。國內的薛春芳等采用LENS工藝，獲得微觀組織、顯微（wēi）硬度和（hé）機械性（xìng）能良好的網狀的Co基高溫（wēn）合金薄壁零件。費群星等采用LENS工（gōng）藝成型（xíng）了無變形的Ni-Cu-Sn合金樣品。

 

 

在LENS係統中，同軸送粉器包括（kuò）送粉 器、送粉頭和保護氣路（lù）3部分。送粉器包括粉末料箱和粉末（mò）定量送給機構，粉末的流量由步進（jìn）電機（jī）的轉速決定。為使金屬粉末在（zài）自重作用下增加流動性，將送粉器架設在2. 5 m的高度上（shàng）。從送粉器流出的金屬粉末經粉末分割器平均（jun1）分成4份並通過軟管流入粉頭，金屬粉末從粉頭的噴嘴噴射到激（jī）光焦點的位置完成熔化堆積過程。全部粉末路（lù）徑由保護氣體推動，保護（hù）氣體將金屬粉（fěn）末與空氣隔離，從而避免金屬粉末氧化。LENS 係統（tǒng）同 軸送粉器結（jié）構示意圖見圖1。目前，快速原型技術已經逐步趨於成熟，發達國家也將激光工程化（huà）淨成形技術作為研究的重點，並取得了（le）一些實質性成果。在實際（jì）應用中（zhōng），可以利（lì）用該技術製作出功能複 合（hé）型材料，可以修複高附加值的鈦合（hé）金葉片（piàn），也可以（yǐ）運用到直升機、客機（jī）、導彈的製作中。另外，還能將該技術運（yùn）用於生物植入領域（yù），采用與人體具有相容性的Ni、Ti材質製備植入體，有效提升了空隙率（lǜ），延長了（le）植入體的使（shǐ）用時（shí）長。

 

 

2.2 激光（guāng）選區熔化技術（shù）( SLM)

 

SLM 是金屬 3D 打印領（lǐng）域的重要（yào）部分，其（qí）發展曆程經曆（lì）低熔點非金屬粉末燒結、低熔點包覆高熔點粉末燒結、高熔點粉末直接熔化成形等階（jiē）段。由美國德克薩斯大學奧（ào）斯汀分校在 1986年最早申請專（zhuān）利，1988年研製成功了第1台SLM 設備，采用精細聚焦（jiāo）光斑快速熔化成（chéng）30 ～51 μm 的預（yù）置粉末材料，幾乎可以直（zhí）接獲得任意形狀以及（jí）具有完全冶金結合的功能零件。致密度可達到近乎 100%，尺寸精度達 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成型材料多為單一組分金屬粉末，包括奧氏體不（bú）鏽鋼、鎳基合金、鈦基（jī）合金、鈷-鉻合金和貴重（chóng）金屬等。激光束快速熔化金屬粉末並獲得連續的熔道，可以直（zhí）接獲得幾乎任意形狀（zhuàng）、具有完全冶金（jīn）結合、高精度的近乎致密金屬零件，是極具發展（zhǎn）前景的金屬零（líng）件3D打印技（jì）術。其應用範圍（wéi）已經擴展到航空航天、微電子（zǐ）、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（xiào）果具有重要影響的六（liù）大類：材料屬（shǔ）性、激光與光路係統、掃描特征、成型氛圍、成型幾何特征和設備因素。目前，國內外研究人員主要針對以（yǐ）上幾個影（yǐng）響因素進行工藝研究、應用研究，目的都是為了解決成型過程中出現的缺陷，提高成型零件的（de）質量。工（gōng）藝研究方麵，SLM成型過程（chéng）中重要（yào）工藝參數有（yǒu）激光功（gōng）率、掃描速度、鋪粉層（céng）厚、掃（sǎo）描間距和掃描策略等，通過組合不同（tóng）的工藝參數， 使成型質量最優。

 

 

SLM成型過程中的主要（yào）缺 陷有球化、翹曲變形。球化是成型（xíng）過程中（zhōng）上下兩層熔化不（bú）充分，由於（yú）表麵張（zhāng）力的作用（yòng），熔化的液滴會迅速卷成球形，從而導致球化現象，為了避免球化，應該適（shì）當地增大輸入 能量。翹曲變形是由於SLM成型過程（chéng）中存在的熱應力超過材料的強度，發生塑性變形引起，由於殘餘應力的測量比較（jiào）困難，目前對 SLM工藝的翹曲變形的研究主要（yào）是采用有限元（yuán）方法進行，然後通過實（shí）驗（yàn）驗證模擬結果的可靠性。SLM 技術的基本原理是: 先在計算機上利用Pro /e、UG、CATIA 等三維造型軟件設計出零件的三維實體模型，然後通過切片軟件對該三維模型進行切片分層（céng），得到各截麵的輪（lún）廓數據，由輪廓數據生（shēng）成填充掃描路（lù）徑，設備將按照這（zhè）些填充掃描線，控製激光束選區熔化各（gè）層的金屬粉末材料，逐步堆疊成三維金屬零件。

 

 

圖 2 為其成形原理圖： 激光束開始掃描前，鋪（pù）粉裝置先把金屬粉末平推到成形缸的基（jī）板上，激光束再（zài）按當前層的填充掃（sǎo）描線，選區熔化基板上的粉末，加工出當前層，然後成形缸下（xià）降1 個層厚的距離，粉料（liào）缸上（shàng）升（shēng）一定厚度的距離，鋪粉裝置再在已加工好（hǎo）的當前層（céng）上鋪好金（jīn）屬粉末，設備調入下（xià）一層輪廓的數據進行加工，如此層（céng）層加工，直到整個零（líng）件加工完畢。整個加（jiā）工過程在通有惰性氣體保護的加工室中進行，以避免金屬在高溫下與其他氣體發生反應。 廣泛應用激光選區熔化技術的（de）代表國家有德國（guó）、美國等。他們（men）都開發出了不同的製造機型，甚至可以根據實際情（qíng）況專門（mén）打（dǎ）造（zào）零件，滿足個性化的需要。利用EOSING M270設備成形的金屬零件尺寸較小（xiǎo），將其應用（yòng）到牙橋、牙冠的批量生產中既不會影響人們對其的使用，也不會產生不適感，且它的（de）致密度接近100%，精細度較好。與此同時，利（lì）用 SLM 技術生產出的鈦合金零件還能夠運用到醫學植入（rù）體中，促進了醫學工（gōng）作的發展。

 

2.3 電（diàn）子束選區熔化技術（shù）( EBSM)

 

EBSM是采用高能電子束作為加工熱源，掃描成（chéng）形可以通過操縱磁偏轉線圈進行，且電子束具（jù）有的真空環境，還可以避免金屬（shǔ）粉（fěn）末在液相燒結或熔化過程中被氧（yǎng）化。鑒於電子束具有的上述（shù）優點，瑞典（diǎn） Arcam公司（sī）、清華大學、美（měi）國麻省理工（gōng）學院和美國 NASA 的Langley 研究（jiū）中心，均開發出了各自的電（diàn）子束快速製造係（xì）統 ，前兩家利用電子束熔化鋪在工作台麵上的金屬（shǔ）粉末，與激（jī）光選區燒結技術類似；後兩家利用電子束熔化金屬（shǔ）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（jìng）成形製（zhì）造技術類似。

 

EBSM技術是（shì）20世紀90年代中期發展（zhǎn）起來的一種金屬零3D打印技（jì）術，其與SLM/DMLS係統的差別主要是熱源不同，在成型原（yuán）理上基本相似。與以激光為能量源的金（jīn）屬零件3D打印技術（shù）相比，EBSM 工藝具有（yǒu）能量利用率高（gāo）、無反射、功率密度高、聚焦方便等許多優（yōu）點。在目前3D打印技術的數十種方法中，EBSM技術因其（qí）能夠直接成型金屬零部件而受到人們的高度關注。

 

 

國外對EBM工藝理論研究相對較早，瑞典的Arcam AB公司研發了（le）商品化的EBSM設備（bèi）EBM S12係列，而國內（nèi）對EBSM工藝的研（yán）究相對較晚。Heinl等（děng）采用Ti6-Al4-V、Ramirez采用Cu、Murr采用Ni基和Co基高溫（wēn）合金、Hernandez等人采用TiAl製備了一係列的開放式蜂巢結構。通過改變預設置彈（dàn）性模量E，可以獲得（dé）大小不同的孔隙，降（jiàng）低（dī）結構的密度，獲（huò）得輕（qīng）量化的結構。K.N.Amato等（děng）人利用Co基高溫合金矩陣（zhèn）顆粒製備了柱（zhù）狀碳化物沉積結構。

 

Ramirez等采用Cu2O製備了（le）新型定向微結構（gòu），發現在製（zhì）備（bèi）過（guò）程中，柱狀（zhuàng）Cu2O沉澱（diàn）在（zài）高純銅中這一現象。劉海濤等研究了工（gōng）藝參數對（duì）電子束選區熔化（huà）工藝過程的影響，結果表明掃描線寬與電子束電流、加速電壓和（hé）掃描速（sù）度（dù）呈明（míng）顯的線性關係，通過調節搭接率和（hé）掃描路徑可（kě）以獲得（dé）較（jiào）好的層麵質量。鎖紅波（bō）等研究了EBSM製備（bèi）的Ti-6Al-4V試件（jiàn）的硬度（dù）和拉（lā）伸強（qiáng）度等力學性能（néng），結果表明成型過程中Al元（yuán）素損失明顯，低的氧氣（qì）含量及Al含量有利 於塑性提高；硬度在同一層麵內和沿熔積高 度方向沒有明顯差別，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（jī）下熔化的原（yuán）理，先在（zài）鋪粉平麵上鋪（pù）展（zhǎn）一（yī）層粉末並壓實； 然後，電子束在計算機的控製下（xià）按（àn）照截麵輪廓的信息進行有選擇的熔化/燒結，層層（céng）堆積，直至整個（gè）零件全（quán）部熔化/燒結（jié）完成。

 

 

EBSM 技（jì）術主要有送粉、 鋪粉、 熔化 等工藝步驟，因此，在其真（zhēn）空室應（yīng）具備鋪送粉機構、粉末回收箱及成形平台。同時，還應包括電子槍（qiāng）係統、真空係統、電源係統和控製係統。其（qí）中，控製係統包括掃（sǎo）描控（kòng）製係（xì）統、運動控製係統、電（diàn）源控製係統、真空（kōng）控製係統（tǒng）和溫度檢測係統，如圖 3 所示。 瑞典 Arcam 公司製造生（shēng）產的（de） S12 設備是（shì）電子束（shù）選區熔化技術在實際應用中的最好實例。該公司在 2003 年（nián）就開始研究該項技（jì）術，並（bìng）與多種（zhǒng）領域結合探究。目前，EBSM技術在生物醫學中得到了大量應用，相關單位正（zhèng）積極研究它在航空航天領域中的應用，美國在空間（jiān）飛（fēi）行（háng）器方麵的研究重點是飛行器和火箭發動機的結構製造以及月球或空間站環境下的金屬直接成形製造。

 

 

3 3D打（dǎ）印材料突破是發展（zhǎn）基礎

 

3D打印材料是3D打印技術發展的重（chóng）要物（wù）質基礎，在某種程度（dù）上，材料的發展決定著（zhe）3D打印能（néng）否有更（gèng）廣泛（fàn）的應（yīng）用。目前，3D打印材料（liào）主要包括工程塑（sù）料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和（hé）陶（táo）瓷材料等（děng），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料也在3D打印領域得到了應用。3D打印所（suǒ）用的這些原材料都是專門針對3D打印設備和工藝（yì）而研發的，與普通的塑料、石膏（gāo）、樹脂（zhī）等有所區別（bié），其形態一般有粉末狀（zhuàng）、絲（sī）狀、層片狀、液體狀（zhuàng）等。通常，根據打（dǎ）印設備的類型及操作條件的不同，所使用的粉末狀3D打印材料的粒（lì）徑為1～100μｍ不等，而為了使粉末保（bǎo）持良好（hǎo）的流動性，一般要（yào）求粉末要具有高球形（xíng）度。

 

3D 打印材料的研發和突破是3D打印技（jì）術（shù）推廣應用（yòng）的基礎， 也是滿（mǎn）足打印的根本保證。 一是加強材料的研製，形成完備的打印材料體係。 近幾年，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（jīn）屬材料以（yǐ）鈦、鋁、鋼和鎳等合金為主，鈦合金、高溫合（hé）金、不鏽鋼、模具鋼、高強（qiáng）鋼、合金（jīn）鋼和（hé）鋁合金等均可作為打印材料，已經廣泛（fàn）應用於裝備製造（zào）和修複再製造。 但目（mù）前還沒有一個 3D 打印材（cái）料（liào）體係， 現有材料還遠不能滿足 3D 打印的需求。

 

 

用於激光立體（tǐ）成形的材料主要是金屬惰性材料， 下一步需要嚐試其他活潑的金屬打印材料。傳統用於粉末冶金的金屬粉末尚不能完全適應（yīng）3D打印的要求，且目前能（néng）運用於打印的（de）金屬材料（liào）種類少（shǎo），價格偏高（gāo）。國外已出現少數幾家專供3D打印的金屬粉末的公司，如美國Sulzer Metco、瑞典（diǎn）的Sandvik等，但也隻能提供少數（shù）幾種常規金屬（shǔ）粉末。國內材料研發（fā）相對滯後，打印粉末太貴。因為材料研發周期長，研（yán）發難度（dù）較設備（bèi）大（dà），企業出於利益的最大化不願進行材料研發。黃河旋風股（gǔ）份有限公司是國內為數不多的從事金剛石微粉、CBN微粉生產的企業。高校研究又熱（rè）衷於3D打（dǎ）印（yìn）裝備及軟件配套等，因此打印材料在很大程度上製約（yuē）著金屬3D打印技術的發展及應用。

 

4 金（jīn）屬粉末

 

3D打印（yìn）所使用的金屬粉末一（yī）般要求純淨度高、球形度好、粒徑分布窄、氧含量低。目前（qián），應用於3D打印的金屬粉末材料主要有鈦合金、鈷鉻（gè）合金、不鏽（xiù）鋼和鋁合金材料等，此外還有用於打印首飾用的金、銀等貴金屬粉末材（cái）料。 3D 打印金屬粉末作為金屬零件 3D 打印產業鏈（liàn）最重要的一（yī）環，也（yě）是最大的價值所在。

 

在“2013年世界 3D 打印技術產業大會（huì）”上，世界（jiè） 3D 打印行業（yè）的權威專家對3D打印金屬粉（fěn）末給予明確定義，即指尺寸小於 1mm 的金屬顆粒群。 包括單一金屬粉末、合金粉末以及具有金屬性質的某些（xiē）難熔化（huà）合物粉（fěn）末（mò）。目前，3D 打印金屬粉末材（cái）料包括鈷鉻合金、不鏽鋼、工業鋼、青銅合金、鈦合金和（hé）鎳（niè）鋁合金等。但是3D打印金屬粉末除需具備良好的可塑性外，還必須滿足（zú）粉末粒徑細小、粒度分布較窄、球形度高、流動性好和（hé）鬆裝密度高等要求。

 

4.1 鈦合（hé）金

 

鈦合金具有耐高（gāo）溫、高耐腐蝕性、高強度（dù）、低密度以及生物（wù）相容性等優點，在航空（kōng）航天、化工、核工業、運（yùn）動（dòng）器材及醫療器械等領域得（dé）到了廣（guǎng）泛的應用。 傳統鍛造和鑄造技術製備的鈦合金件已（yǐ）被廣（guǎng）泛地應用在高新技術領域，一架波音747飛機用鈦量達到42.7t。但是傳統鍛造和鑄造方法生產大型鈦合金（jīn）零件，由於產品成本高、工藝複雜、材料（liào）利用率低以及後續加工（gōng）困（kùn）難（nán）等不利因素，阻礙了其更為廣泛的應用。而金屬3D打印技術可以（yǐ）從根本上解決這些問（wèn）題，因（yīn）此該技術近年來成為一種直接製造鈦合金零件的新型技術。 開發新型鈦基（jī）合金是鈦合金SLM應用研究的主要方（fāng）向。由於鈦以及鈦合金（jīn）的應變硬化指數低（近似為0.15），抗塑性剪切變形能力和耐磨性差，因而（ér）限製了其製件在高溫和腐蝕磨損條件下的使用（yòng）。

 

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公司采用金屬有機化學氣相沉積法（MOCVD）製（zhì）備 Re基複合噴管已（yǐ）經成功應用於航空（kōng）發動機燃燒室，工作溫度可達2200℃。因此（cǐ），Re－TI合金的製備在航空航天、核能源和電（diàn）子領域具有重大意義。Ni具有磁性和良好的可（kě）塑性，因（yīn）此Ni－TI合金是（shì）常用（yòng）的一種形狀記憶合金。合金具有（yǒu）偽彈性、高彈性模量、阻（zǔ）尼特性、生物相（xiàng）容性和耐腐蝕性（xìng）等性能。另外鈦合金多孔結構人造骨的（de）研究日益增多，日本（běn）京都大學（xué）通過3D打印技術（shù）給4位頸椎間盤突出患者（zhě）製（zhì）作出不同的人（rén）造骨並（bìng）成功移植，該人造骨即為Ni－TI合金。

 

 

4.2 不鏽鋼

 

不鏽鋼（gāng）具有耐化學腐蝕、耐（nài）高（gāo）溫和力學性能良好等特性（xìng），由於其粉末成型性好、製備工藝簡單且成本低廉，是最早應用（yòng）於3D金屬打印的材料。如華中科技大學、南京航空航天大學、東北大（dà）學（xué）等院（yuàn）校在金屬3D 打印方（fāng）麵研究比較深入。現研究主要（yào）集中在 降（jiàng）低孔隙率、增加強度以及對熔（róng）化過程（chéng）的金屬粉末球化機製等方麵。 李瑞迪等（děng）采用不同的工（gōng）藝參數，對304L不鏽鋼粉末進行了SLM成形（xíng）試驗，得出（chū）304L不鏽鋼致密度經驗（yàn）公式，並總結出晶粒生長機製。

 

潘琰峰分析和探（tàn）討了316L不鏽鋼成形過程中球化產生機理和影響球化的因素（sù），認為在激光（guāng）功率和粉末層厚（hòu）一定時，適（shì）當增大掃描速度可減小（xiǎo）球化現象，在掃描速度和粉末層（céng）厚（hòu）固定時，隨著激光功率的增大，球化現象加重。Ma等通過對1Cr18Ni9Ti不鏽鋼粉（fěn）末進行激光熔化，發現粉末層厚從60μｍ 增（zēng）加到150μｍ時，枝晶間距（jù）從（cóng）0.5μｍ增加到（dào）1.5μｍ，最後穩定在2.0μｍ 左右，試樣的硬度依賴於熔（róng）化區域（yù）各向異性的微（wēi）結（jié）構和（hé）晶粒大小（xiǎo）。薑煒采用一係（xì）列的不（bú）鏽鋼粉末，分（fèn）別（bié）研（yán）究粉末特性和工藝參數對SLM成形質量的影響，結（jié）果表明，粉末材料的特殊（shū）性能和工藝參數對SLM 成形影響（xiǎng）的（de）機理主要是在（zài）於對選擇性激光成（chéng）形過程（chéng）當中熔池質量的影響，工藝參數（激光功率、掃描速度）主要影響熔池的深度和寬度，從而決定SLM 成（chéng）形件的質量。

 

 

4.3 高溫合金

 

高（gāo）溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應力環境（jìng）下（xià）長期工（gōng） 作的一類（lèi）金屬材料。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（jī）、鎳基和鈷基合金3類。高溫（wēn）合金主要用於高性能發動機，在現代先（xiān）進的航（háng）空發動（dòng）機中，高溫合金材（cái）料的使（shǐ）用量占發動（dòng）機總質（zhì）量的40％～60％。現代高（gāo）性能航空（kōng）發動機的發（fā）展對高溫合金的使用溫度和性能的要求越來越高。傳統的鑄錠冶金工藝冷卻速度慢，鑄錠中某些元素（sù）和第二相偏析嚴重，熱加工性能差，組織不均勻，性能不穩（wěn）定。而3D打印技（jì）術在高溫合（hé）金成形中成為解決技術瓶頸的新方法。美國航空航天局聲稱，在2014年8月22日進行的高溫點火試驗中，通過3D打印技術製造的火箭發動（dòng）機噴嘴產生了創紀錄的9t推力。

 

 

4.4 鎂合金

 

鎂合金作為最輕的結構合金，由於其特殊（shū）的高強度和阻尼性能，在（zài）諸多應用領域鎂合金具有替代鋼和（hé）鋁合金的可能（néng）。例如鎂（měi）合（hé）金在汽車以及航空器組件方麵的輕量化應用，可降低燃料使用量和廢氣排放。鎂（měi）合（hé）金具有原位降解性並且其楊氏模（mó）量低，強度接近人骨，優異的生物相容性，在外科植入方（fāng）麵比傳統合金更有應用前景。

 

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（dǎ）印逐漸聚焦到金屬粉末的打印，一大批新技術、新設備和新材料（liào）被開發應用。當前，信息技術創新步伐（fá）不斷推進，工業生產正步入智能（néng）化、數字化的新階段。2014年德國提出“工業4.0”發展計劃，勢必引（yǐn）起工業（yè）領域顛覆性的改變與創新，而3D打印技術（shù）將是（shì）工業智能化發展的強（qiáng）大推力（lì）。金屬（shǔ）粉末3D 打印技術目前（qián）已取得了一定成果，但材料瓶頸勢必影響3D打印技術的推廣，3D打印技術對材料提出了更高的要求．現適用（yòng）於工業用3D打印的金屬材料種類繁多，但是隻（zhī）有專用的粉末材（cái）料才能滿足工業生產要求。

 

3D 打印金屬材（cái）料的發展方向主要有3個方麵：一是如何在現（xiàn）有使用材料的基礎上加強材料結構和屬性之間的（de）關係研（yán）究，根據材料的性質進一步優化工藝參數，增加打印速度，降（jiàng）低孔隙（xì）率（lǜ）和氧含量，改善表麵質量；

 

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

 

三是修訂並完善3D打印粉體材料技術標準（zhǔn）體係，實現金屬材料打印技術標準的（de）製（zhì）度化和常態化。