3D打印，自20世紀90年代中期被發明以（yǐ）來，在近幾年終於迎來了一個較受關注的高速發展期。不論是國家政府部門，還是傳統企業（yè），都在積極促進3D打印（yìn）與行業間的深度融合，以期推動該技術的市（shì）場應用，帶動傳統行業（yè）的轉（zhuǎn）型升級。然而，從目前的（de）實際情況來講，3D打印還沒（méi）有形（xíng）成一個（gè）完善（shàn）的產業鏈，製約它發展的原因有多種，其中3D打（dǎ）印材（cái）料的研（yán）發應用還不（bú）太成熟是一個較為關鍵的因素。那（nà）麽，目（mù）前在3D打印（yìn）材料中最受重視的金屬材（cái）料（liào），發展到了（le）哪個階段呢？

金屬3D打印是屬於數字熱加工的一項技術，目前製（zhì）備金屬的3D打（dǎ）印技術主要有：選區激光熔化/燒結（SLM/SLS)、電子束選區熔化（EBSM)、激光近淨成形（LENS)等。與傳統工藝相比，金屬3D打印有直接成型，無需模具，可（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（děng）優（yōu）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（jīng）驗上去控製，最後還要經過數控機床（chuáng）等技術的後期加工處理。 

 

 

國內外做金屬3D打印的企（qǐ）業有哪些？ 

 

雖然說（shuō）3D打印在國內近幾年熱度才升起來，但（dàn）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實力），美國Carpenter Technology，德國Concept Laser, 英國CPM，德國EOS，意大（dà）利Legor Group，英國LPW Technology，美國Pyrogenesis(在國防領（lǐng）域尤其擅長（zhǎng）），瑞典Sandvik，德（dé）國SLM Solutions等企業在各（gè）自的金屬打印領域（yù）提供了一係列的行業（yè）解決方案（àn）。相比國外（wài），國內金屬3D打印材料大部（bù）分依賴進口，價格昂貴，這也促使國內致力於3D打印金屬材料的企業和（hé）機構自主研發金屬3D打印材料，最（zuì）具代表性的可提供金屬材料及服（fú）務的企業有西安鉑力（lì）特、銀邦股份、上海材（cái）料研究所、上海康速金（jīn）屬材料、鑫烯（xī）三維科技等企業。 

 

金（jīn）屬3D打印材料的市場應用 

 

金屬3D打印材料的應用領域相當廣泛，例如（rú），石化工程應用、航空航天、汽車製造（zào）、注塑模具、輕金屬合金鑄造、食品加工、醫療、造紙、電力工（gōng）業、珠寶（bǎo）、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範圍，因此，金屬（shǔ）3D打印材料選擇的過程是一個權衡多個因（yīn）素的（de）過程。而且，3D打印金屬不能僅（jǐn）僅憑借金屬3D打印機的參數來衡定，每種金屬材料都（dōu）有適合自身特性的極限點，包括應用、功（gōng）能、穩定性、耐（nài）久性、美觀（guān）性、經濟性都（dōu）是設（shè）計師要考慮的因素。 

 

現今，國內（nèi）外金屬3D打印（yìn）機采用的金屬粉末一般（bān）有：工具（jù）鋼（gāng）、馬氏體鋼、不鏽鋼、純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、銅基合金、鈷鉻合金等。 

 

工具鋼和馬氏體鋼 

 

工具鋼

 

以工具鋼和馬氏體鋼為例，工（gōng）具鋼的適（shì）用性來源於其（qí）優異的硬度、耐磨性和抗形變能（néng）力，以及在高溫下保（bǎo）持切削刃的能力。模具H13熱作工具鋼就是其中一種，能夠承受不確定時間的工（gōng）藝（yì）條件；馬氏體鋼，以馬（mǎ）氏體300為例，又稱“馬氏體時效”鋼，在時效過程中的高強度、韌性和尺寸穩定性都是眾所周知的。他們與其他鋼不同，因為他們是不含碳的，屬於金屬間化合物，通過豐富的（de）鎳、鈷和鉬的冶金反應硬化。由於高硬度和耐磨性，馬氏體300才適用於許多模具的應用，例如，注塑模（mó）具、輕金屬合金鑄造、衝壓和擠壓等（děng），同時，其也（yě）廣泛應用於航空航天、高強度機身（shēn）部（bù）件和賽車零部（bù）件。 

 

不鏽鋼 

 

 

不鏽鋼

 

不鏽鋼與碳鋼不同，目前的鉻含量不（bú）同，10.5%鉻含量最（zuì）低的鋼合（hé）金（jīn），不鏽（xiù）鋼不容易生鏽腐蝕。目前，應用（yòng）於金屬3D打印的不鏽鋼主要有三種：奧氏體不鏽（xiù）鋼316L、馬氏體不鏽鋼（gāng）15-5PH、馬氏體不鏽鋼17-4PH。 

 

奧氏體不鏽鋼316L，具有高強度（dù）和耐腐蝕性，可在很寬的溫度範圍下降到低溫，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（gōng）和醫療等領域。 

 

馬氏體不鏽鋼15-5PH，又稱馬氏體時效（沉澱硬化）不（bú）鏽鋼（gāng），具有很高的強度、良好的韌（rèn）性、耐腐蝕性，而（ér）且可以進一步的硬化，是無鐵素體。目前，廣泛（fàn）應（yīng）用於航空航（háng）天（tiān）、石化、化工、食品加工、造紙（zhǐ）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，而且耐腐蝕性超強，隨著激光加工狀態可以帶來極佳的（de）延展性。 

 

 

合金 

 

金屬3D打印材料應用最為廣泛的金屬粉末（mò）合金主（zhǔ）要有純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合（hé）金、鈷鉻合金、銅基（jī）合金等。 

 

1）純鈦（tài）及鈦合金（jīn）

 

 

 

目前應用於市場的純鈦，又稱商業純鈦，分為1級和2級粉體，2級強於1級，對於大多（duō）數的應（yīng）用同樣具有耐腐蝕性。因為純鈦2級具有（yǒu）良好的（de）生物（wù）相容（róng）性，因此（cǐ）在醫療行業具有廣泛的應用前景（jǐng）。 

 

鈦（tài）是鈦合金產業的關鍵。目前，應（yīng）用於金屬3D打印的鈦合金主要是鈦合金5級和（hé）鈦合金23級，因為其優異的強度和韌性，結合耐腐蝕、低比重和生物相容性（xìng），所以在航（háng）空航天和汽車製造中（zhōng）具有非常理想的應用，而且，因（yīn）為強度高、模量低、耐疲勞性強，應用於生產生物醫學（xué）植入物。鈦合金23級，純度更高，是神級（jí）一樣的牙科和醫療鈦品級。

 

2）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（hé）AlSi10Mg兩種。鋁矽12，是具有良好的熱（rè）性能的輕質增材製造金屬粉末，可應用於（yú）薄壁零件如換熱器或其他汽（qì）車零部件，還可（kě）應用於航空航天及航空工業級的原型及生產零部件；矽/鎂組合使鋁合（hé）金更具強度和硬度（dù），使（shǐ）其適用（yòng）於薄（báo）壁（bì）以及複雜的幾（jǐ）何形狀的零件，尤其是在（zài）具有良（liáng）好的熱性能和（hé）低重量場合中。 

 

3）鎳基合金 

 

一般（bān）情況（kuàng）下，鎳基合金都具有良好（hǎo）的抗拉伸、抗疲勞和抗熱疲勞性（xìng）能。目前（qián），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（biàn）斷裂強度，抗熱腐蝕性是（shì）較低鉻含量的超合金，可長期暴露於高達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（gāo）溫下具有高強度和抗氧化性，在高達1200℃的（de）環境中，也具有良好的延展性，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（zǔ）件如過（guò）渡管、燃燒器罐、噴杆、排氣管、加力燃燒室等；而且還（hái）因為具有耐應力腐蝕開裂的性能，應用於工業爐、石油化工及化學過程工（gōng）業中。 

 

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

 

Inconel 713具有優異的抗（kàng）熱疲勞性能，以及在927℃的特殊斷裂強度，適用於噴氣發動機燃氣輪機葉片。 

 

Inconel 718是基於鐵鎳硬化的超合金，具有良好的耐腐蝕（shí）性及耐熱（rè）、拉伸、疲勞、蠕變性，適用於（yú）各種高端應用，例如，飛機渦輪發動機和陸基渦（wō）輪機等。 

 

4）鈷鉻合金 

 

鈷鉻合金具有高強度、耐腐蝕性強、良好的生物相容性以及無磁（cí）性的（de）性能（néng），主要（yào）應（yīng）用於外科植入物包括合金人工關節（jiē）、膝關節和髖關節，同時其還可用於（yú）發動機部件以及時（shí）裝、珠寶行業等。 

 

5）銅（tóng）基合金 

 

應用於市場的銅基合金，俗稱青銅，具有（yǒu）良好的導熱（rè）性和導電性，可以結合設計自（zì）由度，產生複雜的內部結構和冷卻通道，適（shì）合冷卻更有（yǒu）效的工具插入（rù）模具，如半導體器件，也可用於微型換熱器，具有壁薄、形狀（zhuàng）複雜（zá）的特（tè）征。