近年來，3D打印技術逐漸應用於實際產品的製造，其中，金屬材料的3D打印技術發展尤其迅速。在國防領域，歐美（měi）發達國家非常重視3D打印技（jì）術的發展，不（bú）惜投入巨資加以研究，而3D打印金屬零部件一直是研究和應用的重點。不大能打印模具、自行車，還能打印出gun等武器，甚至（zhì）能夠打印出（chū）汽車、飛機（jī）等大型設備裝備。作為（wéi）一種（zhǒng）新型製（zhì）造技術，3D打印已展現（xiàn）出了十分廣（guǎng）闊（kuò）的應用前景，而且在裝備設計與製造、裝備保障、航空航天（tiān）等更多的領域展現出（chū）了強勁的發展勢頭。

 

 

1 3D打印概述

 

1.1 基（jī）本概述（shù）

 

3D打印技術的核心思想最早起源19世紀（jì）末的美國（guó），但是（shì）直到20世紀80年代中期才有了雛（chú）形，1986年美國人Charles Hull發明（míng）了第一台（tái）3D打印機。我國是從1991 年開始（shǐ）研究3D打印技術的，2000年前後，這些工藝開始從實驗室研究逐步向工程化、產品化方向發展。當時（shí）它的名字叫快速原型技術（RP），即開發樣品之前的（de）實物模型。現在也有叫快速成型技術，增材製造。但為便於（yú）公眾接受，把這種新技術統稱為3D打（dǎ）印（yìn）。3D打（dǎ）印是快速成型技術的（de）一種，它是一種以數字模（mó）型設計為基礎，運用粉末狀金屬或（huò）樹脂等可粘合材料，通過逐（zhú）層“增材”打印的方（fāng）式來構造三維物體的技術。3D打印被稱作“上個（gè）世紀的思想和技術，這個世紀的（de）市（shì）場”。

 

1.2 3D打印特（tè）點

 

1）精度高。目（mù）前3D打印設備的精度（dù）基本都可控（kòng）製在0.3mm以下。

 

2）周期短。3D打印無須模具的製作過程，使得模型的生產時間大大（dà）縮短，一般幾個小時甚（shèn）至（zhì）幾十分鍾就可以完成一個模型的打印。

 

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

 

4）材料的多樣性。一個3D打印係（xì）統往往可以實現不同材料的打印，而這種材料的多樣性可以滿足不同領域的需要（yào）。

 

5）成本相對較低（dī）。雖然現在3D打印係統（tǒng）和3D打印（yìn）材料比較貴，但如果用來製作個性化產品，其製作成本相對就比較低了。

 

 

2 金（jīn）屬3D打印技術

 

金屬零件3D打印技術作為（wéi）整個3D打印體係中最（zuì）為前沿和（hé）最有（yǒu）潛力的技（jì）術，是先進（jìn）製（zhì）造技術的重要發展方向。隨著科技發展及推廣應用的需求，利用快速成型直接製（zhì）造金（jīn）屬功能零件成為了快速成型主要的發展方（fāng）向（xiàng）。目（mù）前可用（yòng）於（yú）直接製造金屬功（gōng）能零件的（de）快速（sù）成型方法主要有：選區激光熔化（huà）（Selective Laser Melting，SLM）、電子束選區熔化（Electron Beam Selective Melting，EBSM）、激光近淨成形（Laser Engineered Net Shaping，LENS）等。

 

 

2.1 激光工程化（huà）淨成（chéng）形技術( LENS)

 

LENS是一種新的快速成形技術，它由美國Sandia國家實驗室首先提出。其特（tè）點是: 直（zhí）接製造形狀結構複（fù）雜的金屬功能零件或模具；可加（jiā）工的（de）金屬或合金材料範圍廣泛並能實現異質材料零件的（de）製造；可方便加工熔點高、難加工的材料。

 

 

LENS是在激光（guāng）熔覆技術的基礎上發展起（qǐ）來的一（yī）種金屬零件3D打印技術。采用中、大功率激光熔化同步供給（gěi）的金屬粉末，按照預設軌跡逐層沉積（jī）在基板上，最終形成金屬零件。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。國外（wài）研究人員研究了LENS工藝製備（bèi）奧（ào）氏體不鏽鋼試件的硬度分布，結（jié）果（guǒ）表明隨著加工層數的增加（jiā），試件的維氏硬（yìng）度降低。

 

國（guó）外研究人員應用LENS工藝製備了載重植入體的多孔（kǒng）和功能梯度結構，采用的材料為Ni、Ti等與（yǔ）人體具有良（liáng）好（hǎo）相（xiàng）容性的合金，製備的植入體（tǐ）的孔隙率最高能達到70%，使用壽命達到（dào）7-12年（nián）。 Krishna等人采（cǎi）用Ti-6Al-4V和Co-Cr-Mo合金（jīn）製（zhì）備了多孔（kǒng）生物（wù）植入體，並研究了植入體的力學性能，發現孔隙率為10%時（shí），楊氏模量達（dá）到90 GPa，當孔隙率為（wéi）70%時，楊氏模量急劇（jù）降到2 GPa，這樣就可以通過改變孔隙率，使植入體的力學性能與生物體適配。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（dù）達到9.52 GPa。Li通過LENS工（gōng）藝（yì）修複定向凝固（gù）高溫合金GTD-111。國內的薛春芳等采用LENS工藝，獲得微觀組（zǔ）織、顯微硬度和機械性能（néng）良好的網狀的Co基高溫合金薄壁零件。費群星等采用LENS工藝成（chéng）型了無變形的Ni-Cu-Sn合金樣品（pǐn）。

 

 

在LENS係統中，同軸送（sòng）粉器（qì）包括送粉 器、送粉頭和保護氣路3部分。送（sòng）粉器包括粉末料箱和粉末定量送（sòng）給機構（gòu），粉末的流量由步進（jìn）電機的轉速決定。為使金（jīn）屬粉（fěn）末在（zài）自重作用下增加流（liú）動性，將送粉器架設在2. 5 m的（de）高度上。從送（sòng）粉（fěn）器流出的金屬粉末經粉末分割器平均分（fèn）成4份並通過軟管（guǎn）流入粉頭，金屬粉末從粉頭的噴嘴（zuǐ）噴射到激光焦點的位置完成熔化堆積（jī）過程（chéng）。全部粉末路徑由保護氣體推動（dòng），保（bǎo）護氣體將金（jīn）屬粉末（mò）與空（kōng）氣隔離，從而避免金屬粉末氧化。LENS 係統同 軸送（sòng）粉器結構示意圖見圖1。目前，快速原型技（jì）術已經逐步趨於成熟，發（fā）達國家也將（jiāng）激光工程化淨成形技術作（zuò）為研究的重點，並取得了一些實質性成果。在（zài）實際應用中，可以利用該技術製作出功能複 合型材料，可以修複高附加值的鈦合金葉片，也可以運用到（dào）直升機、客（kè）機、導彈的製（zhì）作中。另外，還能將該技（jì）術運用於生物植（zhí）入領域，采（cǎi）用與（yǔ）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，延長了植入體的使用時長。

 

 

2.2 激（jī）光選區（qū）熔化技術( SLM)

 

SLM 是金屬 3D 打印領域的重要（yào）部分，其發展曆程經曆低熔點非金屬（shǔ）粉末燒結、低熔（róng）點包覆高熔點粉末燒（shāo）結、高熔點粉末直接熔（róng）化成形等階段。由美國德克（kè）薩斯大學奧斯汀分（fèn）校在 1986年最早申請專利，1988年研製成功了第1台（tái）SLM 設備，采（cǎi）用精細聚焦光斑（bān）快速熔化成30 ～51 μm 的預置粉末（mò）材料，幾乎可以直接獲得任意形狀以及具有（yǒu）完全冶金結合的功能零（líng）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（zhǎn）前景的快（kuài）速成形技術。

 

 

SLM成型材料多為（wéi）單一組分金（jīn）屬粉末，包括奧氏體不鏽鋼、鎳基合金、鈦基合金、鈷-鉻合金和貴重金屬等（děng）。激光束快速熔化金屬粉末並獲得（dé）連續的（de）熔道，可（kě）以直接獲（huò）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零件，是極具發展前（qián）景的金屬零件3D打印技術。其（qí）應用範圍已（yǐ）經擴展到（dào）航空航天（tiān）、微電子、醫療、珠寶首飾等行（háng）業。

 

SLM工藝有多達50多（duō）個影響因素，對（duì） 成型效果具有重要影響的六大類：材料屬性、激光與光路（lù）係統、掃描特征、成型氛圍、成型幾何特征和設備因素。目（mù）前，國（guó）內外研究人員主要針對以（yǐ）上（shàng）幾個影響因素進行工藝研（yán）究、應用（yòng）研究，目的都（dōu）是為了解決成型過程中出（chū）現的缺陷，提高成型零件的質量。工藝研究方（fāng）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（céng）厚、掃描間距和掃（sǎo）描策略等，通過組合不同的工藝（yì）參數， 使成型質量最優。

 

 

SLM成型過程中的（de）主要缺 陷有球化、翹曲變形。球化（huà）是成型過程中上下兩層熔化不充分，由於表麵張（zhāng）力的作（zuò）用（yòng），熔化的液滴（dī）會迅速卷成球形，從而導致球（qiú）化現象，為了避免（miǎn）球化，應該（gāi）適當地增大輸入 能量。翹曲變形是由（yóu）於SLM成型過程中存在的（de）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（liàng）比較困難，目前對 SLM工藝的翹曲變形（xíng）的研究主要是采用（yòng）有限元方法（fǎ）進行，然後（hòu）通過實驗驗證模擬結果的可靠性。SLM 技術的基本原理（lǐ）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（xíng），然後通過切片軟件對該三維模型進行切片（piàn）分層（céng），得到各（gè）截麵的輪廓數據，由輪廓數據生成填充掃描路徑，設備將按照這些填充掃描線（xiàn），控製激光束選區熔化各層的金屬粉末材料，逐步堆疊成三維金屬（shǔ）零件。

 

 

圖 2 為其成形原理圖： 激光束開始掃（sǎo）描前，鋪粉裝置先把金屬（shǔ）粉末平推到成形缸（gāng）的基（jī）板上，激光束再按當前層的填充掃描線，選區熔化基板上（shàng）的粉末，加工出（chū）當前層，然後成形（xíng）缸（gāng）下降1 個層厚的距離，粉料缸上升一定厚度的距離，鋪粉裝置再在已加工好的當前層上鋪好（hǎo）金屬粉末，設備調入下（xià）一層輪廓（kuò）的數據進行加（jiā）工（gōng），如此（cǐ）層層加工，直到整個零件（jiàn）加工完畢。整個（gè）加工過（guò）程在通有惰性氣體（tǐ）保護（hù）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（qū）熔化技術的代表（biǎo）國家有德國、美國等。他們（men）都開發出（chū）了不同的製造機型，甚至可以根據實際情況專門打造零件，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，將其應用到（dào）牙橋、牙冠的批量生（shēng）產（chǎn）中既不（bú）會影響人們對其的使用，也不會產（chǎn）生不適感，且它的致密度接近（jìn）100%，精細度較好。與此（cǐ）同時，利用 SLM 技術生產出的（de）鈦合金零件還能（néng）夠運用到醫學植入體中，促進了醫學工作的（de）發（fā）展。

 

2.3 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，掃描成形可以通過操縱磁偏轉線圈進行，且電子束具有的真空環境，還可以避免（miǎn）金屬粉（fěn）末在液相燒結（jié）或熔化過程中被氧化。鑒於電子束具有的上（shàng）述（shù）優點，瑞典 Arcam公司、清華大學、美國麻省理工學院和美國 NASA 的Langley 研究中心，均開（kāi）發出了各自的電子束快速製造係統 ，前兩家利（lì）用電子束熔化鋪在工作台麵上的金屬粉末，與激光（guāng）選區燒結技術類似；後兩家利用電子束熔（róng）化金屬（shǔ）絲（sī）材，電子束固定不動，金屬（shǔ）絲材通過送絲裝置和工作台移動，與激光淨成形製造技術類似。

 

EBSM技術是20世紀90年代中期發（fā）展起來的一種金屬零3D打印技術，其與SLM/DMLS係統的差別主要是熱源不同（tóng），在成型原理上基本相似。與以激光為能量源的（de）金屬零（líng）件3D打印技術相比，EBSM 工藝具有能量利用率高、無反射（shè）、功率密度高、聚焦方便等許多優點。在目前3D打印技術的數十種方法中，EBSM技術因其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（yán）究相（xiàng）對較早，瑞典的Arcam AB公司研發了商品化的（de）EBSM設備EBM S12係列，而國內對EBSM工藝的研究（jiū）相對較（jiào）晚。Heinl等采（cǎi）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（liè）的（de）開放式蜂巢結構。通過改變預設置彈（dàn）性模量E，可以獲得大小不同的孔（kǒng）隙，降低結構的密度，獲得輕量化的結構。K.N.Amato等人利用Co基高溫合金矩陣顆粒製備了柱狀碳化物（wù）沉（chén）積結構。

 

Ramirez等采用（yòng）Cu2O製備了新型定向微結構，發現在製備過程中，柱狀Cu2O沉澱在高純銅（tóng）中這一現象。劉（liú）海濤等研究（jiū）了工藝參數對電子束選區熔化工（gōng）藝過程的（de）影響，結果表明掃描線寬與電子（zǐ）束電流、加速電壓（yā）和掃描速度呈（chéng）明顯的線性關係，通過調節搭接率（lǜ）和掃描路徑可以獲得較好的（de）層麵質量。鎖紅波（bō）等研究了EBSM製備的Ti-6Al-4V試件的（de）硬度（dù）和拉伸強度等力學性能，結果表明成型過程中Al元素損失明顯，低的氧氣含量（liàng）及Al含量有利 於塑性提高（gāo）；硬度在同一層麵內和沿熔積高 度方向沒有明顯（xiǎn）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末並（bìng）壓實； 然（rán）後，電子束在計算機的控製下按照截麵輪廓的信息進行有選擇的熔化（huà）/燒結，層層堆（duī）積，直至整個零件全部熔化/燒結完成。

 

 

EBSM 技（jì）術主要有送粉（fěn）、 鋪粉、 熔化 等工藝步驟，因（yīn）此，在其真空室（shì）應具備鋪送粉機構、粉末（mò）回收箱及成形平台。同（tóng）時，還（hái）應（yīng）包括電子槍係統、真空係統、電源（yuán）係統和控製係統。其（qí）中，控製係統包括掃（sǎo）描控製係統、運動控製係統、電源控製（zhì）係統、真空控製係統和溫度檢測係統，如圖 3 所示。 瑞（ruì）典 Arcam 公司製造生產的 S12 設（shè）備是電子（zǐ）束（shù）選區熔化技術在實際應用中的最好實例。該公司在 2003 年就開始研究（jiū）該項技術，並與多種領域結合探究。目前，EBSM技術在生物醫學中（zhōng）得到了大量應用，相（xiàng）關單位正積極（jí）研究它在航空航天領域中（zhōng）的應用，美國在空間飛行器方（fāng）麵的研究重點是飛行器和（hé）火（huǒ）箭發動機（jī）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打印材料突破是發展基礎

 

3D打印（yìn）材料是3D打印（yìn）技術發展的重（chóng）要物（wù）質基礎，在（zài）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（yìn）材料（liào）主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和（hé）陶瓷材（cái）料等，除此之外（wài），彩色石膏材（cái）料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等食品材料也在（zài）3D打印（yìn）領域得到了應用。3D打印所用（yòng）的這些原材料都是專門針對3D打印設備和工藝而研發的，與普通的塑料、石膏、樹脂等有所（suǒ）區別，其形（xíng）態一般有粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀等。通常（cháng），根據打印（yìn）設備的類型及操作條件（jiàn）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（le）使粉末（mò）保持良好的流動性，一般要求粉末要具有高球形度。

 

3D 打印材料的研發和突破是3D打印技術推廣應用的基礎， 也是滿足打印的根本保證。 一是加強材料的研製，形成完備的打（dǎ）印材料體係。 近幾年，3D 打印材料發展比較快，2013年，金屬（shǔ）材料（liào）打印增長（zhǎng）了28%，2014年達到（dào）30%多， 約占 3D打印材料（liào）的12%， 金屬（shǔ）材料以鈦、鋁、鋼和鎳等合金為主，鈦（tài）合金、高溫合金、不鏽鋼、模具鋼、高強鋼、合金鋼（gāng）和鋁合金等（děng）均可作為打印材（cái）料，已經廣泛（fàn）應用於（yú）裝備製造和修複再製造（zào）。 但目前還沒有一個 3D 打印材料體係， 現有（yǒu）材料還遠不能滿足（zú） 3D 打印的（de）需（xū）求。

 

 

用於激光立體成形的材料主要是金（jīn）屬惰性材料， 下一步需要嚐試其他（tā）活潑的金屬打印材料。傳統用於粉末（mò）冶金的金屬粉末尚不能完全適應3D打印的要求，且目前能運用於打印的金（jīn）屬材料種類少（shǎo），價格偏高。國外已出現少（shǎo）數幾家專供3D打印的金屬粉末的公司（sī），如美國Sulzer Metco、瑞（ruì）典的Sandvik等，但也隻能提供少數幾種常規金屬粉末。國內材（cái）料研發相對滯後，打印粉末太貴。因為材料研發周期（qī）長，研發難度較設備大，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）印裝備及軟（ruǎn）件配套等，因此打印材料（liào）在很（hěn）大程度（dù）上製約著金屬3D打印技術的發展（zhǎn）及應用。

 

4 金屬粉（fěn）末

 

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

 

在“2013年世界 3D 打印技術產業大會”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，即指尺寸小於 1mm 的金屬顆粒群。 包括（kuò）單一金屬粉末（mò）、合金粉末以及具有金屬性（xìng）質的某些難熔化（huà）合物粉末。目前，3D 打印金屬粉（fěn）末材料包（bāo）括鈷鉻合金、不鏽鋼（gāng）、工業鋼（gāng）、青銅合金、鈦合金和鎳鋁合金等（děng）。但是3D打（dǎ）印（yìn）金屬粉末除（chú）需具備良好（hǎo）的可塑性（xìng）外（wài），還（hái）必須滿足粉末粒徑細小、粒度分布較（jiào）窄、球形度高、流動性（xìng）好和鬆裝密度高等要求。

 

4.1 鈦合金

 

鈦合金具有耐高溫、高耐腐蝕性、高強度、低密度以及生物相容（róng）性等（děng）優點，在航空（kōng）航天、化工、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（shù）製備（bèi）的鈦合金件已被廣泛地應用在高新技術領（lǐng）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零件，由於產品成本高、工藝複雜、材料利用率（lǜ）低以及後續加工困難等不利因素，阻礙了其更為（wéi）廣泛的應用（yòng）。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直接製造鈦合金零件（jiàn）的新型技（jì）術。 開發新型鈦（tài）基合金是鈦合金SLM應用研究的主要（yào）方向。由於鈦以及鈦合金的應變硬化（huà）指數低（近似為0.15），抗塑性剪切（qiē）變形能力和耐磨性差，因而限製了其製件在高溫和腐蝕磨損條件（jiàn）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（gōng）司采用（yòng）金屬有機化學氣相沉積法（MOCVD）製備 Re基複合噴管已經成功應用於航（háng）空發動（dòng）機燃燒室，工（gōng）作溫（wēn）度（dù）可達2200℃。因此，Re－TI合金的（de）製備在航空航天（tiān）、核能源和電子領域具有重大（dà）意義。Ni具有磁性和良好（hǎo）的可塑性（xìng），因此Ni－TI合金是常（cháng）用的一（yī）種形狀記憶合（hé）金。合金具有偽彈性、高彈性模量、阻（zǔ）尼特性、生物相容性和耐腐蝕性等性（xìng）能。另外鈦合金多孔結構（gòu）人造骨的研究日益增（zēng）多，日本京都大學通過3D打印技術給4位頸椎間盤突（tū）出患者製作出不（bú）同的人造骨並成功移植（zhí），該人造骨即為Ni－TI合金。

 

 

4.2 不鏽鋼

 

不鏽鋼具有耐化學腐蝕、耐高溫和（hé）力學性能良好等特性（xìng），由於其粉末成型性好（hǎo）、製備工藝簡單（dān）且成本低廉，是最早應用於（yú）3D金屬打（dǎ）印的材料。如華中科技大學、南（nán）京航空航天大學、東北大學等院校在金（jīn）屬3D 打（dǎ）印方麵研究比較深（shēn）入。現研究主要集中在 降低孔隙率、增加強度以及對（duì）熔化過程的（de）金屬粉（fěn）末（mò）球化機製等方麵。 李瑞迪等（děng）采用不同的工藝參數，對304L不鏽鋼（gāng）粉末（mò）進行了SLM成形試驗，得出304L不鏽鋼致密（mì）度經驗公式，並總結出晶粒生長（zhǎng）機製。

 

潘琰峰分析和探討了316L不鏽鋼成形過程中球化產生（shēng）機理和影響球化的因素，認（rèn）為在激（jī）光功率和粉末層厚一（yī）定時，適當增大掃描速度（dù）可減小球化現象，在掃（sǎo）描速度和粉末層厚固定時，隨著激光功率的增大，球化現象（xiàng）加（jiā）重（chóng）。Ma等通過對1Cr18Ni9Ti不鏽鋼粉末進行激光熔化，發現（xiàn）粉末層厚從60μｍ 增加到150μｍ時，枝晶間距（jù）從0.5μｍ增加（jiā）到1.5μｍ，最後穩定在2.0μｍ 左右，試樣（yàng）的硬度依賴於熔化區域各向異性的微結構和晶粒大小。薑煒采用一係列的不鏽鋼粉末，分別（bié）研究粉末特性和工藝參數（shù）對SLM成形（xíng）質量的影響，結果表明，粉末材料的特殊性（xìng）能和工藝參數對SLM 成形影響的機理主（zhǔ）要是在於（yú）對選擇性激光成形過程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（jué）定SLM 成形件的質量。

 

 

4.3 高溫合金

 

高溫合（hé）金是指（zhǐ）以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應（yīng）力環境下長期工（gōng） 作的一類（lèi）金屬（shǔ）材料。其具有較高的高（gāo）溫強度、良好的抗熱腐蝕和抗氧（yǎng）化性（xìng）能以及良好的塑性和韌性。目前按合金基體種類大致可分為鐵基、鎳基和（hé）鈷基合金3類。高溫合金主要用於高性（xìng）能發動機，在現代（dài）先進的航空發動機中，高溫合金材料的使用量占發動機總質量的40％～60％。現代高性能航空發動機的發展對高溫合金的使用溫度和性能的要（yào）求越來越高。傳統（tǒng）的鑄錠冶（yě）金工藝冷卻速度慢（màn），鑄錠中（zhōng）某些元素和第二相（xiàng）偏析嚴重，熱加工性能差，組織不均勻，性能不穩定。而3D打印技術在高溫合金成形中成為解決技術瓶頸的新方法。美國航空航天局（jú）聲稱，在2014年（nián）8月22日進行的高溫點火試驗中，通過3D打（dǎ）印技術製造的火（huǒ）箭發動機噴嘴（zuǐ）產生了創紀錄的9t推力。

 

 

4.4 鎂合金（jīn）

 

鎂合金（jīn）作為最輕的（de）結構（gòu）合金，由於其特（tè）殊的高強度（dù）和阻尼性能，在諸多應用領（lǐng）域鎂合金（jīn）具有替代鋼（gāng）和鋁（lǚ）合金的可能。例（lì）如鎂合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（fèi）氣排放。鎂合金具有原位（wèi）降解性並且其楊氏模量低（dī），強（qiáng）度接近人骨，優異的生物相容性，在外科植入方麵比傳統合金更有應用前景。

 

3D打印技術自20世紀90年（nián）代（dài）出現以來，從一開始高分（fèn）子材料的打印逐漸聚焦到金屬（shǔ）粉末的打印，一大批新技術（shù）、新設備和新材料被開發應用。當前，信息技術創新步伐不斷推進，工業生（shēng）產正步入智能化、數字化的新（xīn）階段。2014年德國提出“工業4.0”發展計劃，勢必引起工業領域顛覆性的改變與創新（xīn），而3D打印技術將是工業智能化發（fā）展的強大推力（lì）。金（jīn）屬（shǔ）粉末3D 打印技術目前已取得了一定成果，但材料瓶頸勢（shì）必（bì）影響3D打印技術的推廣，3D打印技術對材料提出了（le）更高的要（yào）求．現適用於工業用3D打（dǎ）印的金（jīn）屬材料種類（lèi）繁多，但是隻有專用的粉末材料才能滿足工業生產要求（qiú）。

 

3D 打印（yìn）金屬（shǔ）材料的發展方向主要有3個方麵：一是如何在現有使用材料的基礎上（shàng）加強材料結構和屬性之間的關（guān）係研究，根據材料的性（xìng）質進一步優化工藝參數，增加打印速度，降低孔隙率和氧含量，改善表麵質量（liàng）；

 

二是研發新材料（liào） 使其適（shì）用於3D打印，如開發耐腐蝕、耐高溫和綜合力學性能優異的（de）新材料；

 

三是修訂並（bìng）完（wán）善3D打印粉體材料技術標準體係（xì），實現金屬材料打印技術標準的製度化和常態化。