What is 金屬3D打印 ？

　　金屬3D打印是屬於數字熱加工的一項（xiàng）技術，目前（qián）製備金屬的3D打印技術主要有：選區激光熔化/燒結（jié）（SLM/SLS)、電子束選區熔化（EBSM)、激光近淨成形（xíng）（LENS)等。與傳統（tǒng）工藝相比（bǐ），金屬（shǔ）3D打（dǎ）印有直接成型，無需模具，可以實現個性化設計並製作複雜結構（gòu），高效、低消耗、低成本等優點。但是因為其是數字熱加工（gōng），變形是無法消除的，變形量需要從工藝和經驗上去控製，最後（hòu）還要經過數控機床等技術的後期（qī）加工處理（lǐ）。

What are 金（jīn）屬3D打印企業 at home and aboard ？

　　雖然說3D打印在國內近幾年（nián）熱度才升起來，但就國際而（ér）言，3D打印發展早（zǎo）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(在國防領域尤其擅長），瑞典Sandvik，德國（guó）SLM Solutions等企業在各自的金屬打印領域提供了一係列的行業解決方案。相比國外，國（guó）內金屬3D打印材料（liào）大部分依賴進口，價格昂貴（guì），這也（yě）促（cù）使國內致力於3D打印金屬材料的企業和機構自主（zhǔ）研發金屬3D打印材料。

In where 金屬3D打印材料 be used ？

　　金屬（shǔ）3D打印材料的應用（yòng）領域相當廣泛，例如，石化工程應（yīng）用、航空航（háng）天、汽車製造、注塑模具、輕金屬合金鑄造、食品加工、醫療、造紙、電力工業、珠寶、時裝等。

　　但是，因（yīn）為金屬3D打（dǎ）印材料本身的材料屬性，其都有特（tè）定的應用領域（yù）範圍，因此，金屬3D打（dǎ）印材料選擇的過程是一個權（quán）衡多個因素的過程。而且，3D打印金屬不能僅僅憑借（jiè）金屬3D打印（yìn）機的參數來衡定，每種金屬材料都（dōu）有適合自身特性（xìng）的極限點，包括應用、功能、穩定（dìng）性、耐久性、美觀性、經濟性都（dōu）是（shì）設（shè）計師要考慮的因素。

　　現今，國內（nèi）外金屬3D打印機采用的金屬粉末一般有：工具鋼、馬氏體（tǐ）鋼、不鏽鋼、純（chún）鈦及鈦合（hé）金、鋁合金、鎳基合金、銅基合金、鈷鉻合金等。

1.工（gōng）具鋼（gāng）和馬氏體鋼（gāng）

工（gōng）具（jù）鋼

　　以工具鋼和馬氏體鋼為例，工具鋼的適用性來源於其優異的硬（yìng）度、耐磨性和抗形變能力，以及（jí）在高溫下保持切削刃的能力。模具H13熱作工（gōng）具鋼就是其中一種，能夠承受不確定時間的工藝條件；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（de）高強度、韌（rèn）性和尺寸穩（wěn）定性都是眾所周知的。他（tā）們與其他鋼不同，因為他們是不含碳的，屬於金（jīn）屬間化合（hé）物（wù），通過豐富的鎳、鈷和鉬的冶金反應硬化。由於高硬度和耐磨性，馬氏（shì）體300才適用於許多模具的應（yīng）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（yě）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

不（bú）鏽鋼

　　不（bú）鏽鋼與碳鋼不同，目前的鉻含量不同，10.5%鉻含（hán）量最低的鋼合（hé）金，不鏽鋼不容易生鏽腐蝕。目前，應（yīng）用於金屬3D打（dǎ）印（yìn）的不鏽鋼主（zhǔ）要有三種：奧氏體不鏽鋼316L、馬氏體不鏽鋼15-5PH、馬氏（shì）體不鏽鋼17-4PH。

　　奧氏體不鏽鋼316L，具有高強度和（hé）耐腐蝕（shí）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和醫療等領域。

　　馬氏體不鏽（xiù）鋼15-5PH，又稱馬氏體時效（沉澱硬化）不鏽鋼，具有很高（gāo）的強度、良好的韌性、耐腐蝕性，而且（qiě）可以進一步的硬化（huà），是無（wú）鐵（tiě）素體。目前，廣泛應用於航空航（háng）天（tiān）、石化、化工、食品加工、造紙和金屬加工業。

　　馬氏（shì）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倆極佳的延展性（xìng）。

3.合金

　　金（jīn）屬3D打印材料應用最為廣泛的金屬（shǔ）粉末合金主要有純鈦（tài）及鈦合（hé）金（jīn）、鋁合（hé）金、鎳基合金、鈷鉻合金、銅基合金等。

1）純鈦及鈦合金

鈦合金

　　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（yú）1級，對於大（dà）多數的應用同樣具有耐腐蝕性。因為純（chún）鈦2級具有良好的生物相容性，因此（cǐ）在醫療（liáo）行業具有廣（guǎng）泛的應用前景。

　　鈦是鈦合金產業的關鍵。目前，應用於金屬3D打印的鈦合金主要是鈦合（hé）金5級和鈦合金23級，因為（wéi）其優異的強度和韌性，結合耐腐蝕（shí）、低比重和生（shēng）物相（xiàng）容性，所以在航（háng）空航天和汽車製造中具有非常理想的應用，而且，因（yīn）為強度高、模量低、耐疲勞（láo）性強，應用於生產生物醫學植入（rù）物。鈦合金23級，純（chún）度更高，是（shì）神（shén）級一樣的（de）牙科和醫療鈦品級。

2）鋁（lǚ）合金

鋁合金

　　目前，應用於金屬3D打印的鋁合（hé）金主要有鋁（lǚ）矽AlSi12和AlSi10Mg兩種。鋁矽12，是具有良好的熱性（xìng）能的輕質增材製造金屬粉末，可應用於薄壁零件如換熱器或其他汽車零部（bù）件，還（hái）可應用於航空航（háng）天（tiān）及航空工業級的原型（xíng）及生產零部件；矽/鎂組合使鋁合金更具強度（dù）和硬度，使其適用於薄壁以及複雜的（de）幾何形狀的（de）零件，尤其是在（zài）具有良好的熱性（xìng）能（néng）和低重量場合中。

3）鎳基合金

　　一般情況下，鎳基合金都（dōu）具有良好的抗拉伸、抗疲勞和抗（kàng）熱（rè）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裂強度，抗熱腐蝕性是較低鉻含量的（de）超合金，可長期暴露於高（gāo）達920-980℃的高溫（wēn）腐蝕（shí）性的環境中（zhōng），適用於飛機發動機、燃氣輪機。

　　Hastelloy X在高溫下具有高強度和（hé）抗（kàng）氧化性，在高達1200℃的（de）環境中（zhōng），也具（jù）有良好的延展性，目前，主要應用（yòng）於航空（kōng）航天技術中，例如燃氣輪（lún）機部件和燃燒區組件如過渡管（guǎn）、燃（rán）燒器罐、噴杆、排氣管、加力燃燒室等；而且還因為具有耐應力腐（fǔ）蝕開（kāi）裂的性能，應用於工業爐、石油化工及化學（xué）過程工業（yè）中。

　　Inconel 625在高溫約815℃的條件下依然具有良好的負載性能，而且耐腐蝕性強，廣泛應用於航空航天、化（huà）工及電力工業中。

　　Inconel 713具有優異的抗熱疲勞性能，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（tiě）鎳硬化的超合金，具（jù）有良好（hǎo）的耐腐（fǔ）蝕性及耐熱、拉伸、疲勞、蠕變性，適用於各種高端應用，例如，飛機渦輪發動機（jī）和陸基渦輪機等。

4）鈷鉻合金

　　鈷（gǔ）鉻合金具有高（gāo）強度、耐腐蝕性強、良好的生物相容性以及無磁性的性能，主要應用（yòng）於外科植入物包括（kuò）合金人工關節、膝關節和髖關節，同時其還（hái）可用於發動機部件以及時裝、珠寶行業等（děng）。

5）銅基合（hé）金

青銅粉

　　應用於市場的銅基合金，俗稱青銅，具有良好的導熱性和導電性，可以結（jié）合設計自由度，產（chǎn）生（shēng）複雜的內部結（jié）構和冷（lěng）卻通道，適（shì）合冷卻更有效的工具插（chā）入模（mó）具，如半導體器（qì）件，也（yě）可用於微型換熱器，具有壁薄（báo）、形狀複雜的特征。

What problem 金屬3D打印 has ？

　　就國內而言，在金（jīn）屬3D打印領域（yù）具有較（jiào）高權威的3D打印企業當屬西安鉑力特，公（gōng）司一直專注於高性能致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（zài）製造，涵蓋各種鈦（tài）合金、高溫合金（jīn）、不鏽鋼、模具鋼、鋁合（hé）金等材料。

　　據西安鉑力特區域經理周靈峰介紹（shào），國內的傳統製（zhì）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技，遠遠談不（bú）上顛覆製造業，兩者是相輔相成、相互促進、協同發展的。雖然，3D打印是一項自由結構製造的技（jì）術，但是，需要有很多加工方法來規避3D打印後處理的（de）的痛點。因此（cǐ），傳（chuán）統製造業所使用的數控機（jī）床加（jiā）工技術就顯得尤為重要，其與3D打印相得益（yì）彰，不（bú）同（tóng）的產品在利用這兩種技術時可以變化主導製造流程，塑造的產品會更加完美。

　　至於要真正加（jiā）工一個近乎完美的（de）金屬件，設備載體固然（rán）重要（yào），但是需要軟（ruǎn）件、工藝、材料相互協調，當然，用金屬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（zài）談（tán）精（jīng）密機械。而且，金屬打印，因為支撐問題（tí），會導致後期零件無法加工，可（kě）能需要考慮更多材料成分的配比（bǐ）關係來迎合打印過程中其他因（yīn）素對材料特性的影響（xiǎng）。以3D打印航空航（háng）天零部件為例，航空航天上使用的金屬（shǔ）部件都是在極端環境下的，具有強抗腐蝕性、耐高溫、金（jīn）屬強（qiáng）度高的特點（diǎn），如果不（bú）熟（shú）悉材料特征，如何利用3D打印控製製造金屬（shǔ）零部（bù）件呢（ne）？因此，熟悉材料就顯得尤為（wéi）重要。

　　另（lìng）外，金屬3D打印材料成本較高，一方麵是因為國內大部分的金屬3D打印材料依賴進口，另一方麵，前期研（yán）發金屬打（dǎ）印新（xīn）材料需要消（xiāo）耗大量（liàng）的科研經費及人力（lì）、物力資源。但是，開發專用的金屬（shǔ）3D打印原材（cái）料是（shì）推動金屬（shǔ）3D打印（yìn）發展的必然因素，而且，這也能催生新產業的發（fā）展。

Summary

　　內行看門道，外行看熱鬧（nào）。就國內金屬3D打（dǎ）印的發展現狀而言，中國還（hái）有很長的路要走（zǒu）。據（jù）介紹，我們看到（dào），美國在走“互聯網+”，德國走“+互聯網”，然（rán）後中國以德為師，提出工業4.0。但是，我們要認識到（dào），德國具有雄厚的工業基礎作為支撐，才提出製造業+互聯網，相比而（ér）言，中國的製造業基礎還是薄弱（ruò）的，而且研究基（jī）礎也不高，這也是製約金屬3D打印材（cái）料發展的關鍵因素之一。現今國家提出“互聯（lián）網+製造業”，是希望把個人的因素融合進（jìn）來，讓知識流動性加（jiā）強，然後（hòu）逐（zhú）步推進“互聯（lián）網+製造業”，促進傳統製造業的轉型升級，推動3D打印的快速發展。