1、What is 金屬3D打印 ？

今（jīn）天，小編給大家講講應用於航空航天、汽車製造、珠寶、醫療等行業領域（yù）的金屬3D打印（yìn）材料。

 

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金屬3D打印是屬於數字熱加工的一項技術，目前（qián）製備金屬（shǔ）的（de）3D打（dǎ）印技術主要有：選區激光熔化（huà）/燒結（SLM/SLS)、電子束選區熔化（EBSM)、激（jī）光近淨成形（LENS)等。與（yǔ）傳統工藝相比，金屬3D打印（yìn）有直接成型，無（wú）需模具，可以（yǐ）實現個性化設計並製作複（fù）雜結構，高效、低消耗、低成本等優點。但是因為其是（shì）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（zhì），最後還要經過數控機床等技術的後期加工處理（lǐ）。

 

 

 

2、What are 金屬3D打印企業 at home and aboard ？

雖然說（shuō）3D打（dǎ）印在國內近幾年（nián）熱（rè）度才升（shēng）起來，但就國際而言，3D打印發展早在20世紀80年代就（jiù）已經興（xìng）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，意大利Legor Group，英國LPW Technology，美國Pyrogenesis(在（zài）國防領域尤其擅長），瑞典Sandvik，德國SLM Solutions等企業在各自的金（jīn）屬打印領（lǐng）域提供了一係列的行業解決（jué）方案。相比國外，國內金屬3D打印材（cái）料大部（bù）分依賴進口，價格昂貴，這也促（cù）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。

 

 

 

3、In where 金屬3D打印材（cái）料 be used ？

金屬（shǔ）3D打印材料的應用領域相當廣泛，例如，石化工程應用、航空（kōng）航天、汽（qì）車製造、注塑（sù）模具、輕金（jīn）屬合金鑄造（zào）、食品加工、醫（yī）療、造（zào）紙（zhǐ）、電（diàn）力工業、珠（zhū）寶、時裝等。

　　但是，因（yīn）為金屬3D打印（yìn）材料（liào）本身的材料屬性，其都有特定的（de）應用領域（yù）範圍，因此，金屬3D打印材料選擇的過程是一個權衡多（duō）個因素的過程。而（ér）且，3D打印金屬不能僅僅憑借金屬3D打印機的參數來衡定，每種金屬材料都有適合自身特（tè）性的極限點（diǎn），包括（kuò）應用、功（gōng）能、穩定性、耐久性、美觀性（xìng）、經（jīng）濟性都是設計（jì）師要考慮（lǜ）的因素。

　　現今，國內外金（jīn）屬3D打印機采用的金屬粉末一（yī）般有：工（gōng）具鋼、馬氏（shì）體鋼、不鏽鋼、純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合（hé）金、銅基合（hé）金、鈷鉻合金等。

 

1.工具鋼和馬（mǎ）氏體鋼

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工具鋼

　　以工具鋼（gāng）和馬氏體（tǐ）鋼為例，工具鋼的適用性來源於其優（yōu）異的硬度、耐磨性和（hé）抗形變能力，以及（jí）在高（gāo）溫下（xià）保持切削刃的能力。模（mó）具H13熱作工具鋼就是其中一種，能夠承受不確定時間（jiān）的工藝條件（jiàn）；馬氏體鋼，以馬氏（shì）體300為例，又稱“馬氏體時效（xiào）”鋼，在時效過程中的高強度、韌性和尺寸穩（wěn）定（dìng）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（shǔ）間化（huà）合物，通過豐富的鎳（niè）、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，注塑模具、輕金屬合（hé）金鑄造、衝壓和擠壓等，同時，其也廣泛應用於航空航天、高強度機身部件和賽車零部件。

 

 

2.不鏽鋼

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不（bú）鏽鋼（gāng）

　　不鏽鋼（gāng）與碳鋼不同，目前的鉻含量不同，10.5%鉻含量最低的鋼合金，不鏽鋼不容易（yì）生鏽腐蝕（shí）。目前，應用於金屬3D打印的不鏽鋼主（zhǔ）要有三種：奧氏體（tǐ）不鏽鋼316L、馬氏體不鏽鋼15-5PH、馬氏體不鏽鋼17-4PH。

　　奧氏體不鏽鋼316L，具有高強度和耐腐蝕性，可在很寬的溫（wēn）度範圍下降到低溫，可應（yīng）用於航空航天、石化等多種工程應（yīng）用，也可以用於食品加工和醫療（liáo）等領域。

　　馬氏體不鏽鋼15-5PH，又稱（chēng）馬氏體時效（沉（chén）澱硬化）不鏽鋼，具有很高的強度、良好的韌性、耐腐蝕性，而且可以（yǐ）進一步的硬化，是無鐵素體。目前，廣泛應（yīng）用於航空航天（tiān）、石化、化工、食品加工、造紙和金屬加（jiā）工業。

　　馬（mǎ）氏體（tǐ）不鏽鋼17-4PH，在高達315℃下仍具有（yǒu）高強度高韌性（xìng），而（ér）且耐腐蝕性超強，隨著激光加工狀態可以（yǐ）帶倆極佳的（de）延展性。

 

 

3.合金

　　金屬3D打印材料應用最為廣泛的金屬粉末合金（jīn）主要有（yǒu）純鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、鈷鉻合金、銅基合金等。

 

1）純鈦及鈦合金

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鈦合金

　　目（mù）前應用於市場（chǎng）的純（chún）鈦，又稱商業（yè）純鈦，分為1級和2級粉體，2級強於1級，對於大多數的應用同樣具有耐腐蝕性。因為純鈦2級具有良好的生物相容性，因此在醫療行業（yè）具有廣泛的應用前景。

　　鈦是鈦合金產業的關鍵。目前（qián），應用於金屬3D打印的鈦合金主要是鈦合金（jīn）5級和鈦合金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具有非常理想（xiǎng）的應用，而且，因為強度高、模量低、耐疲勞性強，應用於生產生物醫學植入物。鈦合金23級（jí），純度更高，是（shì）神級一樣的牙科（kē）和醫療鈦品級。

 

2）鋁合金

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鋁合金

　　目前，應用於金（jīn）屬3D打印的鋁合金主要有鋁矽AlSi12和AlSi10Mg兩種。鋁矽12，是（shì）具有良好的熱（rè）性能的輕質增材製造金（jīn）屬粉末（mò），可應用於薄（báo）壁零（líng）件如換（huàn）熱器或其他汽車（chē）零部件（jiàn），還可（kě）應用（yòng）於航空航天及航空工業級的原型及生（shēng）產零部件（jiàn）；矽/鎂組合使鋁合金更具強（qiáng）度和硬度（dù），使其適用於薄（báo）壁以及複雜的幾何形狀的零件，尤其是在具有良（liáng）好的熱性能和低重量場合中。

 

3）鎳基合金

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　　一般情況下，鎳基合金（jīn）都具有良好的抗拉伸、抗疲勞和抗熱疲勞性能。目前，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斷（duàn）裂強度，抗（kàng）熱腐蝕性是較低鉻含量的超合金，可長期（qī）暴露於高達920-980℃的高溫腐蝕性的環境中，適用於飛機發（fā）動機、燃氣輪機。

　　Hastelloy X在高溫下具有高強度和抗氧化性，在高（gāo）達1200℃的環境中，也具有良好的延展性，目前，主（zhǔ）要應用於航空航（háng）天技術中，例（lì）如燃氣輪機部件和燃燒區組件如過渡管、燃（rán）燒器罐、噴杆、排氣（qì）管、加力燃燒室等；而且還因為具有耐應力（lì）腐（fǔ）蝕開裂的性（xìng）能，應用於工業爐、石油（yóu）化工（gōng）及化學過程工業（yè）中。

　　Inconel 625在高溫約815℃的條件（jiàn）下依（yī）然（rán）具（jù）有良好的負載性能，而（ér）且耐腐蝕性（xìng）強（qiáng），廣（guǎng）泛應用於航空航天、化工及電（diàn）力工業中。

　　Inconel 713具有優異的抗熱（rè）疲勞性能，以及在927℃的（de）特殊斷裂強（qiáng）度，適用於噴氣發（fā）動機燃氣輪機（jī）葉片。

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

 

4）鈷鉻合金

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鈷鉻合金（jīn）粉

　鈷鉻合金具有高強度、耐腐蝕（shí）性強、良好的生物相容性以及無磁性的性能，主要應用於外科（kē）植入物包括合金人工關節、膝關節和（hé）髖（kuān）關節，同時其還可用於發（fā）動機（jī）部件以及時裝、珠寶行業等。

 

5）銅基合金（jīn）

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青銅粉

　　應用於市場的銅基合（hé）金，俗稱青銅，具有良好的導熱性和（hé）導電性，可以（yǐ）結合設計自由度，產生複雜的內部結構和（hé）冷卻通道，適合冷卻更有效的工具插入模具，如半導（dǎo）體器件，也可用（yòng）於微型換熱器，具有壁薄、形狀複雜的特征（zhēng）。

 

4、What problem 金屬3D打印 has ？

就國內而言，在金屬3D打印領域具有較高權威的3D打印企業當屬西安鉑力特，公司一直專（zhuān）注於高性能致（zhì）密金屬零件的激光立體成形製造，以及金屬零件的激光修複再製造，涵蓋各種（zhǒng）鈦合金、高溫合金、不鏽鋼、模具鋼、鋁合金（jīn）等材料。

　　據西安（ān）鉑力特區（qū）域經理周靈峰介紹，國內的傳統製造業體量非常巨大，產品種類琳琅滿目，而3D打印作為一項前沿科（kē）技，遠遠談不上顛覆製造業，兩者是相輔相成、相互促進、協同發展的（de）。雖然，3D打印是一（yī）項自由結構（gòu）製造的技術，但是，需要有很多加工方法來規避（bì）3D打印後（hòu）處理的的痛（tòng）點。因此，傳統製造業所使用的數控機（jī）床加工技術就顯得尤（yóu）為重要，其與3D打印相得益彰，不同的產品在利用這兩種技術時可以（yǐ）變化主（zhǔ）導製造流程，塑造（zào）的產品會更加完美。

 

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　　至於要真正加工一個近（jìn）乎完美的金屬件，設備載體固然重要，但（dàn）是需要軟件、工藝、材料相互協調，當然（rán），用（yòng）金屬3D打印機製造零部件或者加工產品，首先需要熟悉材料，然後再談精密機械。而且（qiě），金屬打印，因（yīn）為支撐問題，會導致後期（qī）零（líng）件無法加工，可能需（xū）要（yào）考慮更多材料（liào）成分的配比關係來迎合打（dǎ）印過程中其他因素對（duì）材料特性的影響。以3D打印航空航天零部（bù）件為例，航空航（háng）天上使用的金屬部件都是在極端（duān）環境（jìng）下的，具有強抗腐蝕性、耐高溫、金屬（shǔ）強度高的特點，如果不（bú）熟悉材料特征，如何利用3D打印控製製造金屬零（líng）部（bù）件呢？因此，熟悉材（cái）料就顯得尤為（wéi）重要。

　　另外，金（jīn）屬3D打印材料成本較高，一（yī）方麵（miàn）是因為（wéi）國內大部分的金屬3D打（dǎ）印材料依賴進口，另一（yī）方麵，前（qián）期研發金屬打印新材（cái）料需要消耗（hào）大量的科研經費及人力、物力資（zī）源。但是（shì），開發專用的金屬3D打印原材料是推動金屬3D打（dǎ）印發展的必然因素，而且，這也能催生新產業的（de）發展。

 

 

 

 

5、Summary

內行看門道，外行看熱鬧。就國內金屬3D打印的發（fā）展（zhǎn）現狀而言，中國還有很長的路（lù）要走。據介紹，我們看到，美國在走“互聯（lián）網+”，德國走“+互聯（lián）網”，然後中國以（yǐ）德為師，提出工業4.0。但是，我們要認識到，德（dé）國具有雄厚的工業基礎作為支撐，才提出製造業+互聯網，相比（bǐ）而言（yán），中國的製造業基礎還（hái）是（shì）薄（báo）弱的，而且研究基礎也不高，這也是製約金屬3D打印材料發（fā）展的關鍵因素之一。現今國家提出“互聯網（wǎng）+製造業”，是希望把個人的（de）因素融合進來，讓知識流動（dòng）性加強，然後逐步推進（jìn）“互聯網+製（zhì）造業”，促進傳統製造業的轉型升級，推動（dòng）3D打印的快速發展。