近幾年隨著3D打印技術的快速發展，它在航空航天、汽車（chē）、生物醫（yī）藥和建築領（lǐng）域的（de）應（yīng）用範圍逐（zhú）步拓（tuò）寬（kuān），其方便快捷、材料利用率高等優勢不斷（duàn）顯現。

 

目（mù）前，金屬3D打印技術主要有選擇性激光燒結（SLS）、電子束熔融（EBM）、選擇（zé）性激光熔化（SLM）和激光近淨成形（LENS），其中選擇性激光熔化為（wéi）研究的熱點，其使（shǐ）用高能激光源，可（kě）以熔融多種金（jīn）屬粉末。國內外金屬3D打印（yìn）機采用的金屬粉末一般有：工具鋼、馬氏體鋼、不鏽鋼、純鈦（tài）及鈦合金、鋁合金、鎳基合金、銅基合金、鈷鉻合金等。常用的粉體為鈦粉、鋁合金粉和不鏽鋼粉。

 

工具鋼和馬氏體剛

 

 

 

工（gōng）具鋼的適用性來源於其優異的硬度、耐磨性和抗形變（biàn）能力，以及在高溫下保持切削刃的能力。模具H13熱作工具鋼就（jiù）是其中一種，能夠承受不確定時間的工藝條件；馬氏體鋼，以馬氏體300為例，又稱（chēng）“馬氏體時效”鋼，在時效過程（chéng）中的高（gāo）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（wéi）他們是不含碳的（de），屬於金屬間化（huà）合物，通過（guò）豐富的（de）鎳（niè）、鈷和鉬的冶金反應硬化。由（yóu）於高硬（yìng）度和耐磨性，馬氏體300才適用於許多模具（jù）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（háng）空航天、高強（qiáng）度機身部件和賽（sài）車零部件。

 

不鏽鋼（gāng）

 

 

 

不鏽鋼具有耐化學（xué）腐蝕、耐高（gāo）溫和力學性能（néng）良好（hǎo）等特性，由於其（qí）粉末成型（xíng）性好、製（zhì）備工藝簡單且成本低廉，是最早應用於3D金屬打印的材料。

 

目前，應用於金屬3D打印的不鏽鋼主要有三種：奧氏體不（bú）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（zài）很寬的溫度範圍（wéi）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（hé）醫療等領域（yù）。

 

馬氏體（tǐ）不（bú）鏽鋼（gāng）15-5PH，又稱（chēng）馬氏體時效（沉澱硬化（huà））不鏽（xiù）鋼，具有很高的強度、良好的韌性、耐腐蝕性，而且可以進一步的硬化，是無鐵素體。目前，廣泛（fàn）應用於（yú）航空航天、石（shí）化、化工、食品加工、造紙和金（jīn）屬加工業。

 

馬（mǎ）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延展性。目（mù）前華中科技大（dà）學、南京航（háng）空航天大學、中北大學（xué）等院校在（zài）金屬3D打印方麵研究比較深入；現在（zài）的研究主要集中在降低孔隙率、增加強度以及對熔化（huà）過程的金屬粉末球化機製等方麵。

 

鈦（tài）合金

 

鈦合金具有耐高溫、高（gāo）耐腐蝕性、高強度、低密度以及（jí）生物相容性等優點，在航空航天、化工、核工業、運動器材及（jí）醫療器（qì）械等領域得到（dào）了廣泛的應用。

 

傳統鍛造和鑄造技術製備（bèi）的鈦合金件已被（bèi）廣（guǎng）泛地應用在高新技術領（lǐng）域，如美國F14、F15、F117、B2和F22軍機的用鈦比例（lì）分別為：24%、27%、25%、26%和42%，一（yī）架波音747飛機用鈦量達到42.7t。但是傳統鍛造和鑄造（zào）方法生產大型鈦合金零件，由於產品成本高、工藝複雜、材料（liào）利用率（lǜ）低以及後續加工困難（nán）等（děng）不利因素（sù），阻礙了其更為（wéi）廣泛的應用。而金屬3D打印技術可（kě）以從根本上解決這（zhè）些問（wèn）題，因（yīn）此該技術近年來成為一種直接製（zhì）造鈦合金零件的新型技術。

 

高（gāo）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境下長期（qī）工作的一類金（jīn）屬材料，其具有較高的高溫（wēn）強度、良（liáng）好的抗熱腐蝕性和抗氧化性能以及良好的塑性和韌性。目前按（àn）合金基體種類大致（zhì）可分為鐵基、鎳基（jī）和鈷基合金3類。高溫（wēn）合金主要（yào）用於高（gāo）性（xìng）能發動機，在現代先進的航空發動（dòng）機中，高溫（wēn）合金（jīn）材料（liào）的使用量（liàng）占發動機總質（zhì）量的40%～60%。現代高性能航空發動機的發展對高溫（wēn）合金的使（shǐ）用溫（wēn）度（dù）和性能的要求越（yuè）來越高。傳統的鑄錠冶金工藝冷卻速度慢，鑄錠中某些元素和第二相偏析嚴重，熱加工性能差，組織不均（jun1）勻，性能不穩（wěn）定。而（ér）3D打印技術在高溫合（hé）金成形（xíng）中成為解（jiě）決技術瓶頸的新方（fāng）法（fǎ）。美國航（háng）空航天局聲（shēng）稱，在2014年8月22日進行的高溫點火（huǒ）試驗中（zhōng），通過3D打印技術製造的火箭發動機噴嘴產生了創紀錄的9t推力。

 

 

LEAP噴氣發動機采用3D打印的部件

 

Inconel 718是基於鐵鎳硬化的超合金，具有良好（hǎo）的耐（nài）腐（fǔ）蝕性及耐熱、拉伸、疲勞、蠕變性，適用於各種高端（duān）應用，例（lì）如（rú），飛（fēi）機渦輪發動機和陸基渦（wō）輪機等。Inconel 718合金是（shì）鎳基高溫合金中應用最早（zǎo）的一種，也是目前航空發動機使用量最多的一種合金。

 

鈷鉻合金具有高強度、耐腐蝕性強、良好（hǎo）的生物相容性以及無磁性的性能（néng），主（zhǔ）要（yào）應用於外（wài）科（kē）植入（rù）物包括合金（jīn）人（rén）工（gōng）關節、膝關節和髖關節，同時其（qí）還可用於發（fā）動機部件以及時裝、珠寶行業等。

 

鎂合金

 

鎂合（hé）金作（zuò）為最輕的結構合（hé）金，由於其特殊的高強度和阻尼性能，在諸多應用領域鎂合金具有替代鋼和鋁（lǚ）合金的可（kě）能。例如（rú）鎂合金在汽車以及航空器組（zǔ）件方麵的（de）輕量化（huà）應用，可降低燃料使用量和（hé）廢氣排放。鎂合金具有原（yuán）位降解性並且其楊氏（shì）模量低，強度接近人骨，優異的生物相容性，在外科植入（rù）方麵比傳統合金更有應用前景。

 

結語

 

3D打（dǎ）印技術自20世紀90年代出現以來，從一開始（shǐ）高（gāo）分子材料的（de）打印逐漸聚焦到金屬粉末的打印，一大批（pī）新技術、新設備和新材（cái）料被開發應用。金屬粉末的3D打印技術目前（qián）已取得了一定成果，但材料瓶頸勢必影響3D打印技術的推廣，3D打（dǎ）印技術對材料提出了更高的要求。現在適用（yòng）於工業用（yòng）3D打印的金屬材料種類繁多，但是隻有專用的粉末材（cái）料才能滿足工業生產要求。因此，金屬粉末的3D打印技術的（de）發展依舊任重而道遠。