近年來，3D打印技術逐漸應用於實（shí）際產品的製造，其（qí）中，金屬材料（liào）的3D打印（yìn）技術發展尤其迅速。在國防領域，歐美發達國家非常重視3D打印技術的發展，不惜投入巨（jù）資加（jiā）以研究（jiū），而（ér）3D打印金屬零部件一直是研究和應用的重點（diǎn）。 不大能打印模具、自行車，還能打印出（chū）gun等武器，甚至能（néng）夠打印出汽車、飛機等大型設備（bèi）裝備。

作為一種新型製造技術，3D打印已展現出了十分廣闊的應用前景（jǐng）,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的發展勢頭。

1、3D打印概述（shù）  

基本（běn）概述  

3D打印技術的核心思想最（zuì）早起源19世紀末的美國，但是直到20世紀80年代中期（qī）才（cái）有了雛形，1986年美國人Charles  Hull發明了第（dì）一（yī）台3D打印機（jī）。我國是從（cóng）1991 年開始研究3D打印技術的（de），2000年前後（hòu），這些工藝（yì）開始從實驗室研究逐步向工程（chéng）化、產品化（huà）方向發展。當時它的名字叫快速原型技術（RP），即開發樣品之前的實（shí）物模型（xíng）。現在也有叫快（kuài）速成（chéng）型技術，增材製造。但為便於（yú）公（gōng）眾接受，把這種新技術統稱為3D打印。  3D打印是（shì）快速成型（xíng）技術的一種，它是一種以數字模型設計為基（jī）礎，運用粉末狀（zhuàng）金（jīn）屬或樹（shù）脂等可粘合材料，通過（guò）逐（zhú）層“增材”打印的方式來構造三維物體的（de）技（jì）術（shù）。3D打印被稱作“上個世紀的思（sī）想和技術，這個世紀的市場”。而（ér）且我國在3D打印航空航天方麵最近還取得了突破， 3D打印部件從3kg減重到600g，減重80% 。

3D打印特點

1）精度高。目前3D打印設備的（de）精度基本都可控製在0.3mm以下。

 

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

 

3）可實現個性化。3D打印對於打印的模（mó）型數量毫無限製（zhì），不管一個還是多個都可以以相同的（de）成（chéng）本製（zhì）作出來。  

 

4）材料的多樣（yàng）性。一個（gè）3D打印係統往往可以實現不同材料的（de）打印，而（ér）這種材料的多樣性可以滿足不同領域的需要。

 

5）成本相對較低。雖然現在3D打印係統和3D打印材料比較貴，但如果用來製作個性（xìng）化（huà）產品，其製作成本相對就比較（jiào）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打印體係中最為前沿和最有潛（qián）力的技（jì）術，是先進製造技術的重要發（fā）展方向。隨著科技發展及推廣（guǎng）應用的需求，利用快速成型直接製造金屬功能零件（jiàn）成為了快（kuài）速成型主要的發展方向。目前可用於直接製造金屬功能零件的快速（sù）成型方法主要有：選區激光熔（róng）化（Selective Laser Melting，SLM）、電子束選（xuǎn）區熔化（Electron Beam Selective Melting，EBSM）、激（jī）光近淨成（chéng）形（Laser Engineered Net Shaping，LENS）等。

激光工程化淨成形技術( LENS) 

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

LENS是在激光熔覆技術的基礎上發展（zhǎn）起來的一種金屬（shǔ）零件3D打印技術。采用中、大功率激（jī）光熔化同步供給的金屬粉末，按照預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（dé）了美國（guó）工業界中“最富創造力的25項技術”之一的（de）稱號。國外研究人員研究了LENS工（gōng）藝製備奧氏體（tǐ）不鏽鋼（gāng）試件的硬度分布，結果表明（míng）隨著加工層數的增加，試件的維氏硬度（dù）降低。

 

國外研究（jiū）人員應用LENS工藝製備（bèi）了載重植入體的多孔和功能梯度結構，采用的材料為Ni、Ti等與人體具有良好相容性的合金，製備的植入體的孔隙率最（zuì）高能達到70%，使用（yòng）壽命達（dá）到（dào）7-12年。  Krishna等人采用Ti-6Al-4V和Co-Cr-Mo合金製備了多孔生物植入體，並研究了植入體（tǐ）的（de）力學性能，發（fā）現孔隙率為10%時，楊氏模量達到90 GPa，當孔隙率為70%時，楊氏模量急劇降到2 GPa，這樣就（jiù）可以通過改變孔隙率，使植（zhí）入體的力（lì）學性能與生物體適配。   Zhang等（děng）製備了網狀的 Fe 基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金屬玻璃（MG）組（zǔ）件，研究發現MG的顯微硬度（dù）達到（dào）9.52 GPa。Li通過LENS工藝修複定向凝固高溫合金GTD-111。國（guó）內的（de）薛春芳等采用LENS工藝，獲（huò）得微（wēi）觀組織、顯微硬度和機（jī）械性能良好的網狀的Co基（jī）高溫合金薄壁零件（jiàn）。費群星等（děng）采用LENS工藝成型了無變形的Ni-Cu-Sn合金（jīn）樣品。

在LENS係統中，同軸送粉器（qì）包括送粉（fěn） 器（qì）、送（sòng）粉頭（tóu）和保護氣（qì）路（lù）3部分。送粉器包括粉末料箱（xiāng）和粉（fěn）末定（dìng）量送給機構，粉末的流量由步進電機的轉速決定。為使金屬（shǔ）粉末在自重作用下增（zēng）加（jiā）流（liú）動性，將送粉器架（jià）設在2. 5 m的高度上。從送（sòng）粉器流出的金屬粉末經粉末分割器平均分成4份（fèn）並通過軟管流入粉頭，金屬粉末從粉頭的噴嘴噴射到激光焦點的位置完成熔化堆（duī）積過程。全部粉末路徑（jìng）由保護氣體推動，保護氣體將金屬粉末與空氣隔離，從（cóng）而避免金屬粉末氧化。LENS 係統同 軸送粉（fěn）器結（jié）構示意圖（tú）見（jiàn）圖1。 目前，快速原型技術已經逐步趨於成（chéng）熟，發達（dá）國家也將激光（guāng）工程化淨成形技術作（zuò）為研（yán）究的重點，並取得了一些實質性成果。在實（shí）際應用中，可以利用該技術製作出功能複 合型（xíng）材（cái）料，可以修複高（gāo）附加值（zhí）的鈦合金葉片，也可以運用到直升機、客機（jī）、導彈的製（zhì）作中。另外，還（hái）能將該技術運用於生物植入領域（yù），采（cǎi）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，延長（zhǎng）了植入體（tǐ）的使用時長。

激光選區熔化技術( SLM) 

SLM 是（shì）金屬 3D 打印領域的重要部分，其發展曆程經曆低熔點非金屬粉末燒結（jié）、低熔點包覆高熔點（diǎn）粉末燒結、高熔點粉末直接（jiē）熔化成形等階段（duàn）。由美（měi）國德克薩斯大學奧斯汀分校在 1986年最早申請專利，1988年研製成功了第1台SLM 設備，采用精細聚焦光斑快速熔化成30 ～51 μm 的預（yù）置粉末材料，幾乎可以直接（jiē）獲得任（rèn）意形狀（zhuàng）以及具有完全冶金結合的功能零件。致密（mì）度可達到近乎 100%，尺寸精度達 20 ～ 50 μm，表麵粗糙度達20 ～30 μm，是一種極具發展前景的快速成形技術。

 

SLM成型材料多為單一組分金（jīn）屬粉末（mò），包括奧氏體不鏽鋼、鎳基合金、鈦基合金、鈷-鉻合金和貴重金（jīn）屬等。激光束快速熔化金屬粉末並獲得連續的熔道，可以直接獲得幾乎任意形狀、具有完全冶（yě）金結合（hé）、高精度的近乎致密金屬零件（jiàn），是極具（jù）發（fā）展前景的金屬零件3D打印技術。其應用範圍已（yǐ）經擴展到航空航天（tiān）、微（wēi）電子、醫療、珠寶首飾等行業。

 

SLM工藝有多達50多個影響因素，對 成型效（xiào）果具有重要影響的六（liù）大類：材料屬性、激光與光路係統、掃描特征、成型氛圍（wéi）、成型幾何特征和設（shè）備因素。目前（qián），國內外研究人員主要針對以上幾個影響因素進行工藝研究（jiū）、應用研究，目（mù）的都是為了解決成型過程中出現的缺陷，提高成型零件的質量。工藝研究方麵，SLM成型過程中重要（yào）工藝參數有激光功率、掃描速度、鋪粉層厚、掃描間距和掃描策略等（děng），通過組合（hé）不同的工藝參數， 使成型質量最優。

 

SLM成型過程中的主要缺 陷有球化、翹（qiào）曲（qǔ）變形。球化是成型過程中上下兩層熔化不充分，由於（yú）表麵張力的作用（yòng），熔化的液滴會迅速卷成球形，從而導致球化現象（xiàng），為了避免球化，應該適當地（dì）增大輸入 能量。翹曲變形是由（yóu）於SLM成型過程中存在的熱應力超過材料的強度，發生塑性變（biàn）形引（yǐn）起，由於殘餘應力的測量比較困難，目前對 SLM工藝的翹曲變形的研究主要是采用有限元方法進行，然後通過實驗驗證模擬結果的可靠（kào）性。  SLM 技（jì）術的基本（běn）原理是: 先在計算機上利用Pro /e、UG、CATIA 等三維造（zào）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分層，得到（dào）各截麵的輪廓數據，由輪廓數據生（shēng）成填充（chōng）掃描（miáo）路徑（jìng），設（shè）備將按照這些填充掃描線，控製激光束選區熔化各（gè）層的金（jīn）屬粉末材料，逐步堆疊成三維金屬零件。

 

上圖為其成形原理圖： 激光束開始掃描前，鋪粉裝置先把金屬粉（fěn）末平推到成形缸的基板上，激光束再按當前層的填（tián）充掃描線，選區熔化（huà）基板上的粉末，加工出當前層，然後成形缸下降1 個（gè）層厚的距離，粉（fěn）料缸上升一定厚度的距離，鋪粉（fěn）裝（zhuāng）置再在已加工好的當前層上鋪好金（jīn）屬粉末，設備調入下（xià）一層輪廓的數據進行加工，如此層層加工，直到整個零件加工完畢。整個加工過程在通（tōng）有（yǒu）惰性氣體保護的加工（gōng）室中進行，以避免金屬在高（gāo）溫下與其他氣體發生反應。  廣泛應用激光選（xuǎn）區熔（róng）化技術的代（dài）表國家有德國、美國等。他們都開（kāi）發出了（le）不同的製造機型，甚至可以根據實際情況專門打造零件（jiàn），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（guàn）的批量生產中既不會影響人們對其的（de）使用，也不會產生不適感，且它的致密度接近100%，精（jīng）細度較好。與此同時（shí），利用 SLM 技術生產出的鈦合金零件還能夠運用到醫學植入體中，促進了醫學工作的發展。

 

電子束選區熔化技術( EBSM) 

EBSM是采用高能（néng）電子束作（zuò）為（wéi）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（jù）有的真空（kōng）環境，還可（kě）以避免金屬粉末在液（yè）相燒（shāo）結（jié）或熔化過程中（zhōng）被氧化。鑒於電子束具有（yǒu）的上述優點，瑞典 Arcam公司（sī）、清華大學、美國麻省理工學院和美國 NASA 的（de）Langley 研究中心，均開發出了各自的電子束快速製造（zào）係統 ，前（qián）兩家利（lì）用電子（zǐ）束熔化鋪在工作台麵上的金屬粉末（mò），與激光選區燒結技術類似（sì）；後兩家利用電子束熔化金屬（shǔ）絲（sī）材，電子束固定不動，金屬絲材（cái）通過送絲裝（zhuāng）置和工作台移動，與（yǔ）激光淨成形（xíng）製造技術類似。 

 

EBSM技（jì）術是20世紀90年代中期發展起來的（de）一種金屬零3D打印技術，其（qí）與SLM/DMLS係統的差（chà）別（bié）主要是熱源不同，在成型原（yuán）理上基本相似。與（yǔ）以激光為能量源的金屬零件3D打印技術相比，EBSM 工藝具有（yǒu）能量（liàng）利用（yòng）率高、無反射、功率密度高、聚焦方便（biàn）等許多優點。在目前3D打印技（jì）術的數十種方（fāng）法中（zhōng），EBSM技術因（yīn）其能夠（gòu）直接成型金屬零部件而受到人們的高度關注。

 

國（guó）外對EBM工藝理論研究相對較早，瑞典的Arcam AB公司（sī）研發了商品化的EBSM設備EBM S12係列（liè），而（ér）國內對（duì）EBSM工藝的（de）研（yán）究相對較晚。Heinl等采用Ti6-Al4-V、Ramirez采（cǎi）用Cu、Murr采（cǎi）用Ni基（jī）和Co基（jī）高溫合金、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（shè）置彈性模量E，可以獲得大小不同的孔隙，降低結構的密度，獲得輕量化（huà）的結構。K.N.Amato等人利用Co基高溫合金矩陣（zhèn）顆（kē）粒製備了柱狀碳化物沉積結構。

 

Ramirez等采用Cu2O製備了新型定向微結（jié）構，發現在製備過程（chéng）中，柱狀Cu2O沉澱在高純（chún）銅中這一現象。劉海（hǎi）濤等研究了工藝參數對電子束選區熔化工藝過程的影響，結果表明掃描線寬與電（diàn）子束電流、加速（sù）電壓和掃描速度呈明（míng）顯的線性關（guān）係（xì），通過調節搭接率和掃描（miáo）路徑可（kě）以獲（huò）得較（jiào）好的層麵質量。鎖紅波等研（yán）究了（le）EBSM製（zhì）備的Ti-6Al-4V試件的硬度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，低的氧氣含量及Al含量有利 於塑性提高；硬度在同一層麵（miàn）內和沿熔積高 度方向沒有明顯差別，均高於退火軋製板的（de）硬度水平（píng）。 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（céng）粉末並壓實； 然後，電子束在計算機的（de）控製下按（àn）照截麵輪廓的信息進行有選擇的熔（róng）化/燒結，層層堆積，直至整個零件全部熔化/燒結完成。

 

EBSM 技術主要有送粉、 鋪粉、 熔化 等工藝步驟，因此，在其真空室應具備鋪送粉機構、粉末回收箱及成形（xíng）平台。同時，還應包括電子槍係統、真空係統、電源（yuán）係統和控製係統。其中，控製係（xì）統包括掃描控製係統、運動控製係統、電（diàn）源控（kòng）製係統、真空控製係統和溫度檢測係統，如圖 3 所（suǒ）示。 瑞典 Arcam 公司製造生產的 S12 設備是電子束選（xuǎn）區（qū）熔化技術在實際應用中的最好實例（lì）。該（gāi）公司在 2003 年就開始研究（jiū）該項技術，並與多種領（lǐng）域結合探究。目前，EBSM技術在生物醫學中（zhōng）得到了（le）大量應（yīng）用（yòng），相關單位正積極研究（jiū）它在（zài）航空航天（tiān）領域中的應用，美國（guó）在空間飛行（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（yǐ）及月球或空間（jiān）站環境下的金屬直接成形製造。 

3、3D打印材料突破是（shì）發展基礎 

3D打印材料是（shì）3D打印（yìn）技術發展的（de）重要物質基（jī）礎，在某（mǒu）種程度上（shàng），材料的發展決定著3D打印（yìn）能否有更廣泛的（de）應用。目前，3D打印材料主要包（bāo）括工程塑料（liào）、光敏樹脂（zhī）、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外，彩色（sè）石膏材料（liào）、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打（dǎ）印領域得到了（le）應用。3D打印所用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、樹脂等有所區別，其形態一般有粉末狀（zhuàng）、絲狀、層片狀、液體狀（zhuàng）等。通常，根據打印設備的類型及操作條件的不同，所（suǒ）使用的粉末狀3D打印材料的粒徑為1～100μｍ不等，而為了使粉（fěn）末保持良（liáng）好的（de）流動性，一般（bān）要求粉末要具有高球形度。  

3D 打（dǎ）印材料的研（yán）發和突破是3D打印技術推廣應用（yòng）的基礎， 也是（shì）滿足打印的根本保證。 一是加（jiā）強（qiáng）材料的研製，形成完備（bèi）的打印材料體係。 近（jìn）幾年，3D 打印材料發展比較（jiào）快，2013年（nián），金屬材料打印增（zēng）長了28%，2014年達到30%多， 約占 3D打印材（cái）料的12%， 金屬材料以鈦、鋁、鋼和鎳等合金為主，鈦（tài）合金（jīn）、高溫合金、不鏽鋼、模具鋼、高強鋼、合金鋼和（hé）鋁合金等均（jun1）可作為打印材料，已（yǐ）經廣泛應用於裝備（bèi）製造和（hé）修複再製造。  但目（mù）前還沒有一個 3D 打印材料體（tǐ）係， 現有材料還遠（yuǎn）不能滿足 3D 打印的需求。

 

用於激光立體成形的材料主要是（shì）金屬惰（duò）性材料， 下一步需要嚐試其他活潑（pō）的金屬打印（yìn）材料。  傳統用於粉末冶金的金屬粉末（mò）尚不能完全適應3D打印的要求，且目前能運用於打印的金屬材料種類少，價格偏高。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、瑞典的Sandvik等，但也隻能提供少數幾種常（cháng）規金屬粉末。國內材料研發相對滯後（hòu），打印粉（fěn）末太貴。因為材料研發周期長，研發難度較設備大，企業出於（yú）利益的最大化不願（yuàn）進行材料研發。黃河旋風（fēng）股份有限公司是國內為數不多的從事金剛石微粉、CBN微粉生（shēng）產的企業。高校研究又熱衷於3D打印裝備及軟件配套等，因此打印材料在很大程度上製（zhì）約（yuē）著金（jīn）屬（shǔ）3D打印技術的發展及應（yīng）用。 

4、金屬粉末 

3D打印所使用的金屬粉末一般要求純淨度高、球形度好、粒徑分布窄、氧（yǎng）含量低。目前，應用於3D打印的金屬粉末材料主要（yào）有鈦合金、鈷鉻合金、不鏽鋼和鋁合金（jīn）材料等，此外還有用於打印首（shǒu）飾用的金、銀等貴金（jīn）屬粉末材料。 3D 打印金屬粉（fěn）末作為金（jīn）屬零件 3D 打印產業鏈最（zuì）重要的一環，也是最大（dà）的價（jià）值所在。

 

在“2013年世界 3D 打印技術產業大（dà）會”上，世界 3D 打印行（háng）業的權（quán）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（kē）粒群。 包括單一金屬粉（fěn）末、合金粉末以及具有金屬性質的某（mǒu）些難熔化合物粉末。目前，3D 打印金屬粉末材料包括鈷鉻合金、不鏽鋼、工業鋼、青銅合金、鈦合金和鎳鋁合金等。但是3D打印金屬粉末除需具備良好的可塑（sù）性外，還必須滿足粉末粒徑細小、粒度分（fèn）布較窄、球形度高、流動性好和鬆裝（zhuāng）密度高等要求。

 

鈦合金 

鈦合金具有耐高溫（wēn）、高耐腐蝕性、高強度、低密度以及生物相容性等優點，在航空航天、化工、核工業、運動（dòng）器材及醫療器械等領域得到了廣泛的應（yīng）用。  傳統鍛造和（hé）鑄造技術（shù）製備的鈦合金件已被廣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（tài）合金零件，由於（yú）產品成本高、工藝複雜、材料利用（yòng）率低以及後續加工困難等不利因（yīn）素，阻礙了其更為（wéi）廣泛的應用。而金屬3D打印技術可以從根本上（shàng）解決這些問題，因此該技（jì）術近年來（lái）成為一種直接製造鈦合金零件的（de）新型技術。  開發新型鈦基合金是鈦合金SLM應用研究的主要方向。由於鈦以及鈦合金的應變硬化指數低（近似為0.15），抗塑性剪切變（biàn）形（xíng）能力和耐磨性差，因而限製了其（qí）製件在高（gāo）溫和腐（fǔ）蝕（shí）磨損條件下的使用（yòng）。

 

然而錸（Re）的熔（róng）點很（hěn）高，一般用於超高溫和強（qiáng）熱震工作環（huán）境（jìng），如美國 Ultramet公司采用金屬有機化學（xué）氣相（xiàng）沉積法（MOCVD）製備 Re基複（fù）合噴管已經成功應用於航空發動機燃燒室，工作溫度可達2200℃。因此，Re－TI合金的製（zhì）備在航空航天、核能源和電子領域具有重大意義（yì）。Ni具（jù）有磁（cí）性和良好的可塑性，因此Ni－TI合金是常用的一種形狀記憶合金。合金具有偽彈性、高彈性模量、阻尼特（tè）性（xìng）、生物（wù）相容性和（hé）耐腐蝕性（xìng）等性能。另外鈦合（hé）金多孔結構人造骨的研（yán）究日益增多，日本京都大學（xué）通過3D打印（yìn）技術給4位頸椎（zhuī）間盤突出（chū）患者製（zhì）作出不同（tóng）的人造骨並成功移植，該人造骨即為Ni－TI合金。

 

不鏽鋼（gāng）  

不鏽鋼具有（yǒu）耐化學腐蝕（shí）、耐高溫和力學性能良好等特性，由於（yú）其粉末成型性（xìng）好、製備工藝簡單且（qiě）成本低廉，是最早應用於3D金屬打印的材料。如華中科（kē）技大學、南京航空航天大（dà）學、東北大學等院校在金屬3D 打印方麵研究比較深入。現研究（jiū）主（zhǔ）要集中在 降低孔隙率、增（zēng）加強度以及對熔化過程的金屬粉末球化機（jī）製等方麵。  李（lǐ）瑞迪等采用不同的工藝參數，對304L不鏽鋼粉末進行了SLM成形試驗（yàn），得出304L不鏽鋼致（zhì）密度經驗公式，並總結出晶粒生長機製。

 

潘（pān）琰峰分析（xī）和（hé）探討了（le）316L不鏽鋼成形過程中球化產生機理和影響球（qiú）化的（de）因素，認為在激光（guāng）功率和粉（fěn）末層厚一定時，適當增大掃描速（sù）度可減小球化現象，在掃描速度和粉（fěn）末層厚固定（dìng）時，隨著激光功率的（de）增大，球化（huà）現象加重。Ma等通（tōng）過對1Cr18Ni9Ti不鏽鋼粉（fěn）末進行激光熔（róng）化，發現粉末層厚從60μｍ 增加到150μｍ時，枝晶間距從0.5μｍ增加到1.5μｍ，最後穩定在2.0μｍ 左右，試樣的硬度依（yī）賴於熔化區域各向（xiàng）異性的微（wēi）結構和晶粒大小（xiǎo）。薑煒采用一係列的不鏽鋼粉末，分別研究粉（fěn）末特性和工藝參（cān）數對SLM成形（xíng）質量的影響，結果表明，粉末材料（liào）的特殊性能和工藝參數對SLM 成形影響的機理主要（yào）是在於（yú）對選（xuǎn）擇性激光成形過程當中熔（róng）池質量的影響，工藝參數（激（jī）光功率、掃描速度）主要影響熔池的深度和寬度，從而（ér）決定（dìng）SLM 成形（xíng）件的質量。

高溫合金 

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應力環（huán）境下長期工 作的一（yī）類金屬材料。其具有較高的高溫強度、良好的抗熱（rè）腐蝕（shí）和（hé）抗氧化性能以及良好的塑性和韌性（xìng）。目前按合金基體（tǐ）種類（lèi）大（dà）致（zhì）可分為鐵基、鎳基和鈷（gǔ）基合金3類。高溫合金（jīn）主要（yào）用於高性能發（fā）動機，在現（xiàn）代先進的航空（kōng）發動機中，高溫合金材料的使（shǐ）用量（liàng）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（néng）的要求越來越高。傳統的鑄（zhù）錠冶（yě）金工藝冷卻速度慢，鑄（zhù）錠中某些（xiē）元素和（hé）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打印技術在高溫合金成形中成為解決技術瓶（píng）頸的新方法。美國航空航天局聲稱，在（zài）2014年（nián）8月（yuè）22日進行的高溫點火試（shì）驗中，通過3D打印技術製造的火箭發動機噴嘴產（chǎn）生了創紀錄的9t推力。

 

鎂合金 

鎂合金作為最（zuì）輕的結構合金，由於其特殊（shū）的（de）高強（qiáng）度和阻尼性能，在諸（zhū）多（duō）應用領域鎂合金具有替代鋼和（hé）鋁合金的可能。例如鎂合金在汽車以及航空（kōng）器組件方麵的輕量化應用（yòng），可降（jiàng）低燃料使用量和廢氣排放。鎂合金具有原位降解性並且其楊氏模量低，強度接近人骨（gǔ），優異的生物相容性，在外（wài）科植入方麵（miàn）比傳（chuán）統合（hé）金更有應用（yòng）前景。

結語

3D打印技術（shù）自20世（shì）紀90年代出（chū）現（xiàn）以來，從（cóng）一開（kāi）始高分子材料的打印逐漸聚焦到金屬粉（fěn）末的打印，一大批（pī）新（xīn）技術、新（xīn）設備（bèi）和新材料被開發應用。當前，信息技術創新（xīn）步伐不斷推進，工業生（shēng）產正步入智能化、數字化的新階段。2014年（nián）德國提出“工業4.0”發展計（jì）劃，勢必（bì）引起工業領域顛覆性的改變與創新，而3D打印技術將是工業智能化發展的強大推力。金屬粉末3D 打印技術目前（qián）已取得了一（yī）定成果，但材料瓶頸（jǐng）勢必影響3D打印技術的推廣，3D打印（yìn）技術對材料提出了更高的要求。現適用（yòng）於工業用3D打印（yìn）的金屬材料種類繁多，但是隻有專用的粉末材料（liào）才（cái）能滿足工業生產要求。

 

3D 打印金屬材料（liào）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加（jiā）強材料結構和屬性之間的關係研（yán）究，根據材料的性質進一步優化工藝參數，增加打印速度，降低孔隙率和氧含量，改善表（biǎo）麵質量；

 

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

 

三是（shì）修訂（dìng）並完（wán）善3D打（dǎ）印粉體材料技術標準體係，實現金屬材料打印技術標準的製度化和常態化（huà）。