2015年(nian)，是3D打印(yin)井噴式發展的黃金時期。不論(lun)是國家政府部門，還是傳統企業(ye)，都在積(ji)極促進3D打印(yin)與(yu)行(xing)業(ye)間的深度(du)融合(he)，以期推動3D打印(yin)的市場應用(yong)，帶動傳統行(xing)業(ye)的轉型升級。但是，我們(men)也不能盲目樂觀，3D打印(yin)發展仍需要(yao)循序漸進，夯實(shi)基礎，不僅需要(yao)大量的科研經(jing)費支持材料及技術研發，還需要(yao)統一行(xing)業(ye)標準(zhun)，建(jian)立(li)完(wan)善(shan)的產業(ye)鏈，尤其(qi)是3D打印(yin)材料的研發應用(yong)，是制約3D打印(yin)發展的關鍵因(yin)素(su)。
今天，小編就給大家講講應用于航空航天、汽車制造、珠寶、醫療等行業領域的金屬3D打印材料。
什么是金屬3D打印
金屬3D打印是屬于數字熱加工的一項技術，目前制備金屬的3D打印技術主要有：選區激光熔化/燒結（SLM/SLS)、電子束選區熔化（EBSM)、激光近凈成形（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并制作復雜結構，高效、低消耗、低成本等優點。但是因為其是數字熱加工，變形是無法消除的，變形量需要從工藝和經驗上去控制，較后還要經過數控機床等技術的后期加工處理。
國內外的金屬3D打印企(qi)業
雖然說3D打印在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。國際范圍內，美國Argen Corporation(在牙科金屬材料領域尤其有實力），美國Carpenter Technology，德國Concept Laser, 英國CPM，德國EOS，意大利Legor Group，英國LPW Technology，美國Pyrogenesis(在國防領域尤其擅長），瑞典Sandvik，德國SLM Solutions等企業在各自的金屬打印領域提供了一系列的行業解決方案。相比國外，國內金屬3D打印材料大部分依賴進口，價格昂貴，這也促使國內致力于3D打印金屬材料的企業和機構自主研發金屬3D打印材料，較具代表性的可提供金屬材料及服務的企業有西安鉑力特、銀邦股份、上海材料研究所、上海康速金屬材料、鑫烯三維科技等企業。
金屬3D打印材料(liao)市場應用
金(jin)屬3D打(da)印材料(liao)的應用(yong)(yong)領域相(xiang)當廣泛，例如，石(shi)化工(gong)(gong)程應用(yong)(yong)、航(hang)空(kong)航(hang)天、汽車(che)制造(zao)、注塑模具、輕金(jin)屬合金(jin)鑄造(zao)、食品加工(gong)(gong)、醫療、造(zao)紙、電力工(gong)(gong)業(ye)、珠寶、時裝等。
但是，因為金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)3D打(da)印(yin)材料(liao)本身的(de)材料(liao)屬(shu)(shu)(shu)(shu)性，其都(dou)有特(te)定的(de)應用領域范圍，因此，金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)3D打(da)印(yin)材料(liao)選擇的(de)過(guo)程是一個權(quan)衡(heng)多個因素的(de)過(guo)程。而(er)且，3D打(da)印(yin)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)不能僅(jin)僅(jin)憑借(jie)金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)3D打(da)印(yin)機的(de)參(can)數來(lai)衡(heng)定，每種金(jin)屬(shu)(shu)(shu)(shu)材料(liao)都(dou)有適合自(zi)身特(te)性的(de)極(ji)限點，包(bao)括應用、功能、穩定性、耐久性、美觀性、經濟性都(dou)是設計師要(yao)考慮(lv)的(de)因素。
現今(jin)，國內外金(jin)(jin)(jin)屬(shu)3D打印機采用的金(jin)(jin)(jin)屬(shu)粉末一般(ban)有：工(gong)具鋼(gang)、馬氏體(ti)鋼(gang)、不銹鋼(gang)、純(chun)鈦及鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)、鋁(lv)合(he)金(jin)(jin)(jin)、鎳基合(he)金(jin)(jin)(jin)、銅(tong)基合(he)金(jin)(jin)(jin)、鈷(gu)鉻合(he)金(jin)(jin)(jin)等。
1.工具(ju)鋼(gang)和馬氏(shi)體鋼(gang)
工具鋼
以工具(ju)鋼(gang)和(he)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)鋼(gang)為例，工具(ju)鋼(gang)的(de)(de)適用性來源于(yu)(yu)其優異的(de)(de)硬度(du)、耐磨性和(he)抗(kang)形變(bian)能(neng)力(li)，以及在高溫(wen)下保持切削刃的(de)(de)能(neng)力(li)。模(mo)具(ju)H13熱作工具(ju)鋼(gang)就是其中(zhong)(zhong)一種，能(neng)夠承受不(bu)確定時(shi)(shi)間的(de)(de)工藝條件(jian)(jian)；馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)鋼(gang)，以馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)300為例，又稱(cheng)“馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)時(shi)(shi)效”鋼(gang)，在時(shi)(shi)效過(guo)程中(zhong)(zhong)的(de)(de)高強度(du)、韌性和(he)尺(chi)寸穩定性都(dou)是眾所(suo)周知的(de)(de)。他們(men)與其他鋼(gang)不(bu)同，因(yin)為他們(men)是不(bu)含碳的(de)(de)，屬(shu)于(yu)(yu)金屬(shu)間化合(he)(he)物，通過(guo)豐富(fu)的(de)(de)鎳(nie)、鈷和(he)鉬的(de)(de)冶金反應(ying)硬化。由于(yu)(yu)高硬度(du)和(he)耐磨性，馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)300才適用于(yu)(yu)許多模(mo)具(ju)的(de)(de)應(ying)用，例如，注塑模(mo)具(ju)、輕金屬(shu)合(he)(he)金鑄造(zao)、沖壓(ya)和(he)擠壓(ya)等，同時(shi)(shi)，其也廣泛(fan)應(ying)用于(yu)(yu)航空航天、高強度(du)機身部件(jian)(jian)和(he)賽(sai)車零部件(jian)(jian)。
2.不銹鋼
不銹鋼
不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼與碳鋼不(bu)(bu)(bu)同(tong)，目前(qian)的(de)鉻含量不(bu)(bu)(bu)同(tong)，10.5%鉻含量較低的(de)鋼合金，不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼不(bu)(bu)(bu)容易生銹(xiu)(xiu)腐(fu)蝕(shi)。目前(qian)，應用(yong)于金屬3D打印的(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼主要有三(san)種：奧氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼316L、馬(ma)氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼15-5PH、馬(ma)氏體不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼17-4PH。
奧(ao)氏體不銹鋼(gang)316L，具有高強度和耐腐蝕(shi)性，可在(zai)很(hen)寬(kuan)的溫度范圍(wei)下降到低溫，可應(ying)用(yong)(yong)于航(hang)空(kong)航(hang)天、石化等多(duo)種工(gong)程應(ying)用(yong)(yong)，也可以用(yong)(yong)于食(shi)品加工(gong)和醫(yi)療等領域。
馬氏體不銹鋼(gang)15-5PH，又(you)稱(cheng)馬氏體時效（沉淀硬化(hua)）不銹鋼(gang)，具(ju)有很高的強(qiang)度、良(liang)好的韌性(xing)、耐腐蝕(shi)性(xing)，而且可以進(jin)一步的硬化(hua)，是(shi)無鐵素(su)體。目前，廣(guang)泛應用(yong)于航空航天、石化(hua)、化(hua)工、食品(pin)加工、造紙和金屬加工業。
馬氏體不(bu)銹(xiu)鋼17-4PH，在(zai)高(gao)達315℃下仍具有(you)高(gao)強度高(gao)韌性(xing)，而且耐腐蝕性(xing)超強，隨(sui)著激光加工狀態可以(yi)帶來極(ji)佳的延展性(xing)。
3.合金
; 金屬3D打(da)印(yin)材料應(ying)用較為廣泛的金屬粉末合(he)金主要有(you)純鈦(tai)及鈦(tai)合(he)金、鋁合(he)金、鎳(nie)基合(he)金、鈷(gu)鉻合(he)金、銅(tong)基合(he)金等。
1）純鈦及鈦合金
鈦合金
目前應(ying)用(yong)于(yu)市(shi)場的(de)(de)純鈦，又稱商(shang)業(ye)純鈦，分(fen)為1級(ji)和2級(ji)粉(fen)體，2級(ji)強(qiang)于(yu)1級(ji)，對(dui)于(yu)大(da)多數的(de)(de)應(ying)用(yong)同樣具(ju)有(you)耐腐(fu)蝕(shi)性。因(yin)為純鈦2級(ji)具(ju)有(you)良好的(de)(de)生物相容性，因(yin)此在(zai)醫(yi)療行業(ye)具(ju)有(you)廣泛(fan)的(de)(de)應(ying)用(yong)前景。
鈦是(shi)鈦合(he)金產(chan)業的(de)關鍵。目前，應用于金屬3D打印的(de)鈦合(he)金主(zhu)要是(shi)鈦合(he)金5級(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)鈦合(he)金23級(ji)(ji)(ji)(ji)，因為其優異的(de)強(qiang)(qiang)度(du)和(he)韌性(xing)，結(jie)合(he)耐(nai)腐蝕、低比重(zhong)和(he)生物(wu)(wu)相(xiang)容性(xing)，所(suo)以在航空航天和(he)汽車制造(zao)中具有非常理想的(de)應用，而且，因為強(qiang)(qiang)度(du)高(gao)、模量低、耐(nai)疲勞性(xing)強(qiang)(qiang)，應用于生產(chan)生物(wu)(wu)醫學植入物(wu)(wu)。鈦合(he)金23級(ji)(ji)(ji)(ji)，純(chun)度(du)更高(gao)，是(shi)神級(ji)(ji)(ji)(ji)一樣的(de)牙科和(he)醫療鈦品級(ji)(ji)(ji)(ji)。
2）鋁合金
鋁合金
目前，應用(yong)于(yu)(yu)金屬3D打印的(de)(de)(de)鋁(lv)合(he)(he)金主(zhu)要(yao)有鋁(lv)硅(gui)AlSi12和(he)AlSi10Mg兩種。鋁(lv)硅(gui)12，是具(ju)有良好的(de)(de)(de)熱性能(neng)的(de)(de)(de)輕質增(zeng)材制造(zao)金屬粉末，可應用(yong)于(yu)(yu)薄壁零件如(ru)換熱器或其(qi)他汽車零部件，還可應用(yong)于(yu)(yu)航(hang)空航(hang)天及(ji)航(hang)空工業級的(de)(de)(de)原型(xing)及(ji)生(sheng)產(chan)零部件；硅(gui)/鎂組合(he)(he)使(shi)鋁(lv)合(he)(he)金更具(ju)強度和(he)硬度，使(shi)其(qi)適用(yong)于(yu)(yu)薄壁以及(ji)復雜的(de)(de)(de)幾何形狀的(de)(de)(de)零件，尤其(qi)是在具(ju)有良好的(de)(de)(de)熱性能(neng)和(he)低重量場合(he)(he)中。
3）鎳基合金
一般情況下(xia)，鎳基合金都具有良好的抗拉伸(shen)、抗疲(pi)勞(lao)和抗熱疲(pi)勞(lao)性能。目前(qian)，主要有Inconel 738、Hastelloy X、Inconel 625、Inconel 713、Inconel 718等。
Inconel 738具有良好的高溫蠕變(bian)斷裂強度(du)，抗熱腐蝕性(xing)是較低鉻(ge)含量的超合金，可長期暴露于高達920-980℃的高溫腐蝕性(xing)的環境中，適用于飛機(ji)發動機(ji)、燃氣輪(lun)機(ji)。
Hastelloy X在高溫(wen)下具(ju)有(you)高強(qiang)度和(he)抗氧化性(xing)(xing)，在高達1200℃的(de)環境中(zhong)，也具(ju)有(you)良好的(de)延展性(xing)(xing)，目前，主要應(ying)用(yong)于航空航天技術中(zhong)，例如燃(ran)氣(qi)輪機部(bu)件和(he)燃(ran)燒區(qu)組件如過(guo)渡管(guan)、燃(ran)燒器(qi)罐、噴桿、排氣(qi)管(guan)、加力燃(ran)燒室(shi)等；而(er)且還因為具(ju)有(you)耐(nai)應(ying)力腐蝕開裂的(de)性(xing)(xing)能(neng)，應(ying)用(yong)于工(gong)業爐(lu)、石(shi)油化工(gong)及化學過(guo)程工(gong)業中(zhong)。
Inconel 625在高溫約815℃的條(tiao)件(jian)下依然(ran)具有良好的負載性能，而且耐腐蝕性強，廣泛應用(yong)于航(hang)空航(hang)天、化工及電力工業中。
Inconel 713具有優(you)異(yi)的(de)抗(kang)熱疲勞性(xing)能，以及(ji)在927℃的(de)特殊斷(duan)裂強度，適(shi)用于噴氣發動機(ji)燃氣輪(lun)機(ji)葉片。
Inconel 718是基于鐵鎳硬化的(de)超合金，具有良好的(de)耐腐蝕(shi)性及耐熱、拉伸、疲(pi)勞、蠕變性，適用于各種高端(duan)應用，例如，飛機(ji)渦輪發動機(ji)和陸基渦輪機(ji)等。
4）鈷鉻合金
鈷鉻合金(jin)具有高強度、耐腐(fu)蝕性(xing)強、良好的生物(wu)相容性(xing)以及(ji)無磁性(xing)的性(xing)能，主(zhu)要應用于外科植(zhi)入物(wu)包(bao)括合金(jin)人工關節(jie)、膝關節(jie)和(he)髖關節(jie)，同時(shi)(shi)其還可(ke)用于發動機部件(jian)以及(ji)時(shi)(shi)裝、珠寶行業等。
5）銅基合金
青銅粉
應用于市場的(de)銅基合金，俗稱青銅，具有(you)良好(hao)的(de)導熱性(xing)和導電(dian)性(xing)，可(ke)以(yi)結(jie)合設計(ji)自由度，產生復雜的(de)內部結(jie)構和冷(leng)卻通道(dao)，適合冷(leng)卻更有(you)效的(de)工(gong)具插(cha)入(ru)模具，如半導體器(qi)件，也可(ke)用于微(wei)型(xing)換熱器(qi)，具有(you)壁薄、形(xing)狀復雜的(de)特征。