近年來，3D打印技術逐漸應用於實際產品（pǐn）的製造，其中，金屬材料（liào）的3D打印技術（shù）發展（zhǎn）尤其迅速。在國防領域，歐美發達國家（jiā）非常重視3D打印技（jì）術的（de）發展（zhǎn），不（bú）惜投入巨資加以研究（jiū），而3D打印金屬零部件一直是（shì）研究和應用的重點（diǎn）。 不大（dà）能打印模具（jù）、自行車，還能打印出gun等武器，甚至能夠打印出汽車、飛機等大型設備裝（zhuāng）備。

 

作為（wéi）一種新型製造技術，3D打印已展現出了十（shí）分廣闊的應用前景,而且在裝備設計與製造、裝（zhuāng）備保障、航空航天等更多的領域展現出了強勁的發展勢（shì）頭。

 

 

 

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3D打印概述（shù）  

 

基本概述  

 

3D打印技術（shù）的核心思想最早起源19世紀末的美國，但是直到20世（shì）紀（jì）80年代中期才有了雛形，1986年美國（guó）人Charles  Hull發明了第一台3D打印機。我國是（shì）從（cóng）1991 年開始研究3D打印技術的，2000年前（qián）後，這些工藝開始從實驗室研究（jiū）逐步（bù）向工程化、產品化方向發展。

 

當時它的名字叫快速原型技術（shù）（RP），即（jí）開發樣品之前的實物模型。現在也有叫快速成型技術，增材製造。但（dàn）為便於公（gōng）眾接受，把這種新技術統稱（chēng）為3D打印。  3D打印（yìn）是快速成型技術的一種，它是一種以數字模型（xíng）設計為（wéi）基礎，運用粉末（mò）狀金（jīn）屬或樹脂（zhī）等可粘（zhān）合材料，通過逐層“增材”打印的方式來構造三維物（wù）體的（de）技術。

 

3D打印被（bèi）稱作“上個世紀的思想和（hé）技術，這個世紀的市場”。而且我國在3D打印航空航天方麵最近還（hái）取得了突（tū）破， 3D打（dǎ）印部件從3kg減重到600g，減重80% 。

 

 

 

3D打印特點

 

1）精度高。目前（qián）3D打印設備的精度（dù）基本都可控製在0.3mm以下（xià）。

 

2）周（zhōu）期短。3D打印無（wú）須模（mó）具的製作過程，使（shǐ）得模型的生（shēng）產時（shí）間大大縮短，一般幾個小時甚至幾（jǐ）十分鍾就可以完成一個模型的打印。 

 

3）可實現個性（xìng）化。3D打印對於打（dǎ）印的模型數量（liàng）毫無（wú）限製（zhì），不管一個還是多個都可以以相同（tóng）的成本製作出來。  

 

4）材料（liào）的多（duō）樣性。一個3D打印係（xì）統（tǒng）往往可以實現不同材料的打印，而這（zhè）種材料的多樣性可以（yǐ）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（hé）3D打印材料比較貴，但如果用來製作個性化產品，其製作成本相對就比較低了。 

 

 

 

2

金屬3D打印技術

 

金屬零件3D打印技術作為整個3D打印（yìn）體係中（zhōng）最為前沿和最有潛力的技術，是先進製造技術的重要發展方（fāng）向。隨著科技發展及推廣應用的（de）需求，利（lì）用快速成型直接製造金屬功能零件成為了快速成型主要的發展方向。

 

目（mù）前可用於直接製造金屬功能零（líng）件的快速成型方法主要有：選區激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）、電（diàn）子束選區熔化（Electron Beam Selective Melting，EBSM）、激光近淨成形（Laser Engineered Net Shaping，LENS）等。

 

 

 

激光工程（chéng）化淨成形技術( LENS) 

 

LENS是（shì）一種新的快速成形技術，它由美國Sandia國家實驗室首先提出。其特點是: 直接製造形狀結構複雜的金屬功（gōng）能（néng）零件或模具； 可加工的金（jīn）屬或合金材料範圍廣泛並能實現異質材料零（líng）件的製造； 可方便加工熔點高、難加（jiā）工（gōng）的（de）材料（liào）。

 

 

 

LENS是在激光（guāng）熔覆技（jì）術的基礎上發展起來的（de）一種金屬零件3D打印技術。采用中、大功率激（jī）光熔化同步供（gòng）給的（de）金屬粉末，按照預（yù）設軌跡逐層沉積在基板上，最終形成金屬零件。

 

1999年，LENS工藝獲得（dé）了美國工業界中（zhōng）“最富創造力的（de）25項技術”之一的（de）稱號。國外研究人員（yuán）研究了LENS工藝製備奧氏體不鏽鋼試件的硬度分布，結果表（biǎo）明隨著加工層數的增加，試件的維氏硬度降低。

 

國外研究人員應用LENS工藝製備了載重植入體的多孔和功能梯度結構，采用的材料為（wéi）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高能達到70%，使用（yòng）壽命達到7-12年。

 

Krishna等人采用Ti-6Al-4V和Co-Cr-Mo合金製備（bèi）了多孔生物植入體，並研究了植入體的力學性能，發現孔隙（xì）率為10%時，楊氏模量（liàng）達到90 GPa，當孔隙率為70%時，楊氏模量急劇降到2 GPa，這（zhè）樣（yàng）就可以通過改變孔隙率，使植入體的力學性（xìng）能與（yǔ）生物體適配（pèi）。

 

Zhang等製備了網狀的 Fe 基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金屬玻璃（MG）組件，研究發現MG的顯微硬度達到9.52 GPa。

 

Li通過LENS工（gōng）藝修（xiū）複定向凝固高溫合金GTD-111。國內的薛春芳等采用LENS工藝，獲得（dé）微觀組織、顯微硬度和機（jī）械性能良好的網狀（zhuàng）的（de）Co基高溫合金薄壁零件。費群（qún）星等（děng）采用LENS工藝成型了無變形的Ni-Cu-Sn合金樣品。

 

 

 

在LENS係統中，同軸送粉器包括送粉 器、送粉（fěn）頭和保護氣路3部（bù）分。送粉器包括（kuò）粉末料箱和粉（fěn）末定量送給（gěi）機構，粉末的流量由步進電機的轉速決（jué）定。為使金屬粉末在自重作用下增加流動性，將送粉（fěn）器架設在2.5 m的高度上。從（cóng）送粉器流出的金屬粉末（mò）經粉末分割器平均分成（chéng）4份並通過軟管（guǎn）流（liú）入粉頭，金屬粉末從粉頭的噴嘴噴射（shè）到激光（guāng）焦點的位置完成（chéng）熔化（huà）堆積過（guò）程。全部粉末路徑由保護（hù）氣體推動，保護氣體將金（jīn）屬粉末與空氣隔離，從（cóng）而避免（miǎn）金屬粉末氧化（huà）。LENS 係統同軸（zhóu）送粉器結構示意圖見圖（tú）1。

 

目前，快速原型技術已經逐步趨於成熟（shú），發達國家也將激光工程化淨成形技術（shù）作為研究（jiū）的（de）重點，並取（qǔ）得了一些實質性成果。在（zài）實際應用中，可以利用該技（jì）術製作出功能複 合型材料，可以修複高附加值的鈦合金葉片，也可以（yǐ）運用到直升機、客機、導彈的製作中。另外，還能將該技術運用於生物植入領域，采用與人體具有（yǒu）相容性的Ni、Ti材質製備植入體，有效提升了空隙率，延長了植入體的使用時長。

 

 

 

 

激（jī）光（guāng）選區熔化技術( SLM) 

 

SLM 是金屬（shǔ） 3D 打（dǎ）印領域的重要部分，其發展曆程經曆低熔點非（fēi）金屬粉末燒結、低熔（róng）點包覆高熔點（diǎn）粉末燒結、高熔點粉末直接熔化成形等階段。由美國德克薩斯大學奧（ào）斯汀分校在 1986年最早申請專利，1988年（nián）研製成功了第1台SLM 設（shè）備（bèi），采用精細聚焦（jiāo）光斑快速熔化成30 ～51 μm 的預置粉末材料，幾乎（hū）可以直（zhí）接獲得任意形狀以及具有完全冶金結合的功能零件。致（zhì）密度可（kě）達到近乎 100%，尺寸精度達 20 ～ 50 μm，表麵粗糙度（dù）達20 ～30 μm，是一種極具發展（zhǎn）前景的快速成形技（jì）術（shù）。

 

 

 

SLM成型材料多為單一組分金屬粉末，包括奧氏體不（bú）鏽鋼、鎳（niè）基合金、鈦基合金、鈷-鉻合金和貴重金屬等。激光束（shù）快（kuài）速熔（róng）化金（jīn）屬粉末並獲得連續的熔道，可以直接獲得幾乎任意形狀、具有完全冶金結合（hé）、高精度的近乎致密金（jīn）屬（shǔ）零件，是極具發展前（qián）景的金屬（shǔ）零件3D打印技術。其（qí）應（yīng）用範圍已經擴展到航空（kōng）航天、微電子、醫療、珠寶首飾等行業（yè）。

 

SLM工藝（yì）有多達50多個影響因素，對成型效果具有重要影響的六大類：材料屬性、激光與光路係統、掃描特征、成型氛圍、成型幾何特征和設備（bèi）因素。

 

目前，國內外（wài）研究人員主要針對以上幾個影響因素（sù）進行工（gōng）藝研究、應用研究，目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（jiū）方麵，SLM成型過程中重要工藝參數有激光功率、掃描速度、鋪粉層（céng）厚、掃描間距和掃描策略（luè）等，通過組合不同的工藝參數， 使成型質量最優。

 

 

 

SLM成型過程中（zhōng）的主要缺 陷有（yǒu）球化、翹曲變形。球化是成型過（guò）程中上下兩層熔化不充分，由於表麵張力的作用，熔化的（de）液滴會迅速卷成球形，從（cóng）而導致球化現象，為了避（bì）免球化，應該適當地增大輸入 能量。翹曲變形是由於SLM成型過程中存在的熱應力超過材料的強度，發（fā）生塑性變形引起，由於殘餘應力的測量比較困（kùn）難，目前對 SLM工藝的翹曲（qǔ）變形的研究主要是采用（yòng）有限元方（fāng）法進行，然後通（tōng）過實驗驗（yàn）證模擬結果的可靠性。

 

SLM技術的（de）基本原理是（shì）: 先在計算（suàn）機上利用Pro/e、UG、CATIA 等（děng）三維造型軟件（jiàn）設（shè）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（dé）到各截（jié）麵的輪廓數據（jù），由輪廓（kuò）數據生成填充掃描路徑，設備將按照這些填充掃描線，控製激光束選區熔化各層的（de）金屬粉末材料（liào），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末平推到（dào）成形缸的基板上，激光束再按當前層的填充掃描線，選區（qū）熔化基板上的粉末，加工出當前層，然後成形缸下降（jiàng）1個層厚的距離，粉料缸上升一定厚度的距離，鋪粉裝置再在已加工好的當前層上鋪好金屬粉末（mò），設備調入下一層輪廓的數據（jù）進行加工，如此層層加工，直（zhí）到整個零件加工（gōng）完畢。

 

整個加工過程（chéng）在通有惰性氣體保護的（de）加工室中進行，以避免金屬（shǔ）在高溫下與其他氣體發生反應。  廣泛應用激光選區熔化技術的代表國家有德國、美國等。他們都開發出了不同的製造機型，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（qí）應用到牙橋（qiáo）、牙冠的批量生產中既不會影響人們對其的使用（yòng），也不會產生不適感，且它的致密度接近100%，精細度較好。

 

與此同時，利用 SLM 技術生產出的鈦合（hé）金零件還能夠運（yùn）用到醫學（xué）植入體中，促進了醫學工作的發展。

 

電子束選區熔化（huà）技術( EBSM) 

 

EBSM是采用高（gāo）能電子（zǐ）束作（zuò）為加（jiā）工熱源，掃（sǎo）描成形可以通過操縱磁偏轉線圈（quān）進行，且電子束具有的真空環境，還可以避免金屬粉末在液相燒結或熔（róng）化過程中被氧化。

 

鑒於電子束具有的上述優點（diǎn），瑞典 Arcam公（gōng）司、清華大學（xué）、美國麻省理工學院和（hé）美（měi）國 NASA 的Langley 研究中心，均開發出了各自的電子（zǐ）束快速製造係統 ，前兩家利用電子束熔化鋪在工作台麵上的金屬（shǔ）粉末，與激光（guāng）選區燒結技術類似；後兩家利用電子束熔化金（jīn）屬絲材，電子束固定不動，金屬絲材通過送絲（sī）裝置和（hé）工作台移動，與激光淨（jìng）成形製造技術類似。 

 

EBSM技術是（shì）20世紀90年代中期發展（zhǎn）起來的一種金屬零3D打印技術，其與SLM/DMLS係統（tǒng）的（de）差別主（zhǔ）要是熱源不同，在成型原理上基本相似。與以激光為能量源的金屬零件3D打印技術（shù）相比，EBSM 工藝具有能量（liàng）利用率高（gāo）、無反射、功率密度高、聚（jù）焦方便（biàn）等許多優點。在目前3D打印技術的數（shù）十種方法中（zhōng），EBSM技術因其能夠直接成型金屬零部件而受到人們的高度關注。

 

 

 

國外對（duì）EBM工（gōng）藝理論研究相對（duì）較早，瑞（ruì）典的Arcam AB公司研發了商品化的EBSM設備EBM S12係（xì）列，而國內對（duì）EBSM工藝的研究相對較晚。Heinl等采用（yòng）Ti6-Al4-V、Ramirez采用Cu、Murr采用Ni基和Co基高溫合金、Hernandez等人采用TiAl製（zhì）備了一係（xì）列的開放式蜂巢結構。

 

通（tōng）過改變預設置彈性模量E，可以獲得大小不同的（de）孔隙，降低結構的密（mì）度（dù），獲得輕量化的結構。K.N.Amato等人利用Co基高溫合金矩陣顆粒製備了柱狀（zhuàng）碳化物沉積結構。

 

Ramirez等采用Cu2O製備了新型（xíng）定（dìng）向微結構，發現在製備過程中，柱狀Cu2O沉澱在高純銅中這一現象。劉海濤等研究了（le）工藝參數對電子束選區（qū）熔化工（gōng）藝過程的影（yǐng）響，結果表明掃描線寬與電子束電流、加速（sù）電壓和掃描速（sù）度呈明顯的線性關（guān）係，通過（guò）調節搭接率（lǜ）和掃描路徑可以（yǐ）獲得較好的層麵質量。

 

鎖紅波等研究了EBSM製備的Ti-6Al-4V試件的硬度和（hé）拉（lā）伸強度等力學性能，結果表（biǎo）明成型過程中（zhōng）Al元素損失明顯，低的氧氣含（hán）量（liàng）及Al含量有利（lì） 於塑性提高；硬度在同一層麵內和沿熔積高 度方向（xiàng）沒有明顯差別，均高於退火軋（zhá）製板的硬度水平。 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（shàng）鋪展一層（céng）粉末並壓實； 然後，電子束在計算機的控製下按照截麵輪廓（kuò）的信息進（jìn）行有選擇的熔化（huà）/燒結，層（céng）層堆積，直至整個零件全部熔化（huà）/燒結完成。

 

 

 

EBSM 技（jì）術主要有送粉、 鋪粉、 熔化 等工藝步驟，因此，在其真（zhēn）空（kōng）室應具（jù）備鋪送粉機構、粉末回（huí）收箱及成形平台。同時，還應包括電子槍係統、真空係統、電源係統和控製係統（tǒng）。

 

其中，控製係統包括掃描控製係統、運動控製係（xì）統、電源控製係統、真空控製係統和溫度（dù）檢測係統，如圖 3 所示。 瑞典Arcam公司製造生產的S12設（shè）備是電子（zǐ）束選區熔化技（jì）術在實際應用中的（de）最好實例。該公司在2003 年就開始研究該項技術，並與多種領域結合探（tàn）究（jiū）。

 

目前（qián），EBSM技術在生物醫學中得到了大（dà）量（liàng）應用，相關單位正積極研究它在航空航天（tiān）領域中的應用，美國在空間飛行器方麵的（de）研究重（chóng）點是飛行器和火（huǒ）箭發動機的結構製造以及月（yuè）球或空間站環境（jìng）下的金屬直接成形製造。 

 

 

 

3

3D打印材料突破是發展基礎 

 

3D打印材料是3D打印技術發展的重要（yào）物質基礎，在（zài）某（mǒu）種程度上，材料的發展決定（dìng）著3D打印能否有更廣泛（fàn）的應用。

 

目前，3D打印材料（liào）主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類（lèi）材料、金（jīn）屬材料和（hé）陶瓷材料等，除（chú）此之外，彩色石膏材（cái）料、人（rén）造骨粉、細胞（bāo）生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印領域得到了應用。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（shù）脂等有所區別，其形態一般有粉末狀、絲（sī）狀、層片狀、液體狀（zhuàng）等。

 

通（tōng）常，根據（jù）打印設備的類型及（jí）操作條件的不同，所使用（yòng）的（de）粉末狀3D打印材料（liào）的粒徑為1～100μｍ不等，而為了使粉末保持良好的流動性，一般要求粉末要具有高（gāo）球形度。  

 

 

 

3D 打印材料的研發（fā）和突破是（shì）3D打印技術推廣（guǎng）應用的基礎， 也是滿足打（dǎ）印的根本保證。 一是加強材料的研製，形成完備的打印材料體係。

 

 近（jìn）幾年，3D 打印材料發展比較快，2013年，金屬材料打（dǎ）印增長了28%，2014年達到（dào）30%多， 約占 3D打印（yìn）材（cái）料的（de）12%， 金屬材料以鈦、鋁、鋼和鎳等合金為主，鈦合金、高溫合金、不鏽鋼、模具鋼、高強（qiáng）鋼、合（hé）金鋼和鋁合（hé）金等均可作為打印材料，已經廣泛應（yīng）用於裝備製造和修複再製造。

 

但目前還沒有一（yī）個 3D 打印材料體係， 現有材料還遠不能滿足 3D 打印的需求。

 

 

 

用於激光立體成形的材料主要是金屬惰性材料， 下一步（bù）需要嚐試其他活潑的金屬打印材料（liào）。  傳統用於粉末冶金的金屬粉末尚不能（néng）完全適應3D打印的（de）要求，且目前能（néng）運用於打印（yìn）的金屬材料種（zhǒng）類少，價格偏高。

 

國外已出現少數幾家（jiā）專供3D打印的金屬粉末的（de）公司，如美國Sulzer Metco、瑞（ruì）典的Sandvik等（děng），但也隻能提供少數幾種常規金屬（shǔ）粉末。國內材料研發相對滯後，打印粉末（mò）太貴。

 

因為材料研發周期長，研發難度（dù）較設備大，企業出於利益的最（zuì）大化不願進（jìn）行材料研發。黃（huáng）河旋風股份有（yǒu）限公司（sī）是國內為數不（bú）多的（de）從事金（jīn）剛石微粉、CBN微粉生產的企業（yè）。高校研究（jiū）又熱衷於3D打印裝備及軟件配套等，因此打印材料在（zài）很（hěn）大（dà）程度上製約著金屬3D打印技術的發展及應用。 

 

4

金屬（shǔ）粉末 

 

3D打印所使用（yòng）的金屬粉末一般（bān）要求純淨度高、球形度好（hǎo）、粒徑分布窄、氧含量低。目前（qián），應用於3D打印（yìn）的金（jīn）屬粉末材料主要有鈦合金、鈷鉻合金（jīn）、不鏽鋼和鋁合金材料等（děng），此外還有用於打印首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料。3D 打印金屬粉（fěn）末作為金屬零件 3D 打印產業鏈最重要的一環（huán），也是最大的價值所在（zài）。

 

在“2013年世界 3D 打印技術（shù）產業（yè）大會”上，世界 3D 打印行業的權威專家對3D打印（yìn）金屬粉末給予明確定義，即指尺寸小於1mm 的金屬顆粒群。 包括單一金屬粉末、合金粉末以及具有金屬性質的某些難熔化合物粉末。

 

目（mù）前（qián），3D 打印金屬粉末材料（liào）包括鈷鉻合金（jīn）、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性外，還必須滿足粉末粒徑細小、粒度分布較窄（zhǎi）、球形度高、流動性好和（hé）鬆裝密度高等要求。

 

鈦合金 

 

鈦合金（jīn）具有耐高溫、高耐腐蝕性、高強度、低密度以及生物相容性（xìng）等優（yōu）點，在航空航天、化工（gōng）、核工業、運動器（qì）材及醫療器（qì）械等領域得到了廣泛的應用。傳（chuán）統鍛造和鑄造技（jì）術製備的鈦合金件已被廣泛地應用在高新技術領域，一架（jià）波音747飛機用鈦量達（dá）到42.7t。

 

但是傳統鍛造和鑄造方法生產大型鈦（tài）合金（jīn）零件，由於產品成（chéng）本高、工藝複雜、材料利用率低以及後續（xù）加工困難等不（bú）利因素，阻礙了其更為廣泛的應用。而金屬3D打印技術可以從根本（běn）上解決這些問題，因此該技術近年來成為一種直接製造鈦合金零件的新型技（jì）術。

 

開發新型鈦基（jī）合金是鈦合金（jīn）SLM應用研（yán）究的主要（yào）方向。由於鈦以及鈦合金的應（yīng）變硬化指數低（近似為0.15），抗塑性剪切變形能力和耐磨性差，因而限（xiàn）製了其製件在高溫和腐蝕磨損條件下的使（shǐ）用。

 

然而錸（Re）的熔點很高，一般用（yòng）於超高（gāo）溫和強熱震（zhèn）工（gōng）作環境，如美國 Ultramet公司采用金屬有機化學氣（qì）相沉積（jī）法（MOCVD）製備（bèi） Re基複合噴管已經（jīng）成功（gōng）應用於航空發動機（jī）燃燒室，工作溫度（dù）可達2200℃。

 

因（yīn）此，Re－TI合金的（de）製備在航空航天、核能源和電子領（lǐng）域具有重大意義。Ni具有磁性和良好的可塑（sù）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、阻尼特性、生物相（xiàng）容性和耐腐（fǔ）蝕（shí）性（xìng）等性能。

 

另外鈦合金多孔結構人造骨的研究日益增多，日本京都大學通過3D打印技術（shù）給（gěi）4位頸椎間盤（pán）突出患（huàn）者製作出不同的人造骨並成功移（yí）植，該人造骨即為Ni－TI合金。

 

 

 

不（bú）鏽鋼  

 

不鏽鋼（gāng）具有耐化學（xué）腐蝕、耐高溫和力學（xué）性能良好等特性，由於其粉末成型性好、製備工藝簡單且成本低廉，是最早應用於3D金屬打印的材（cái）料。如華中科技大學、南京航空航天大學、東北大學等院校在金（jīn）屬3D 打印方麵研究比較深入。

 

現研究主要集中在 降低孔隙（xì）率、增加強度以及對熔化過程的金屬（shǔ）粉末（mò）球化機製等方麵。李瑞迪等采用不同的工藝參數，對304L不鏽（xiù）鋼粉末進（jìn）行了（le）SLM成形試（shì）驗，得出304L不鏽鋼致密度經驗（yàn）公式，並總結出晶粒生長機製（zhì）。

 

潘琰（yǎn）峰分析和探討了（le）316L不鏽鋼（gāng）成形過程中球化產生機理和影響球化的因素，認為（wéi）在激光功率和粉末（mò）層厚一（yī）定時，適當增大掃描速度（dù）可減小球化現（xiàn）象，在掃描速度和粉末層厚固（gù）定時，隨著激光功率的（de）增大，球化現象加重（chóng）。

 

Ma等通過對1Cr18Ni9Ti不鏽鋼粉末進（jìn）行激光熔化，發現粉末層（céng）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，試樣的硬度依賴於熔化區域各向（xiàng）異（yì）性的微結構和晶（jīng）粒大小。

 

薑煒采用一係列的不鏽鋼粉末，分別研究粉末特性和工藝參數對SLM成形質量的影響，結果表明，粉末材料的特殊性（xìng）能和工藝參數對SLM 成形影響的機（jī）理主要是在（zài）於對選擇性激光成形過程當中熔池質量的影響，工藝參數（激光（guāng）功率、掃描速度）主要（yào）影響熔池（chí）的深度和寬度（dù），從而決定SLM 成形件的質量。

 

 

 

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境下長期工 作的一類金屬材（cái）料。其（qí）具有較高的高溫強度、良好的抗（kàng）熱腐蝕和抗氧化性能以及良好（hǎo）的塑性和韌性。目前按合金基體種類大致可（kě）分為（wéi）鐵基（jī）、鎳基和鈷基合金3類。

 

高溫合金主要用於高（gāo）性能（néng）發動機，在現代先進的航空發動機（jī）中，高溫（wēn）合（hé）金材料的使用量占發動機總質量的40％～60％。現代高性能航空發（fā）動機的發展對高溫合金的使用溫（wēn）度和性能的要求越來越高。

 

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（rè）加工性能差，組織不均勻，性能不穩定。而3D打印技術在高溫合金成形中成為解決技術瓶頸的新方法。

 

美（měi）國航空（kōng）航（háng）天局聲稱，在2014年8月22日進行的高溫點火試驗中，通過3D打印技術製造的火箭發動（dòng）機噴嘴產生（shēng）了創紀（jì）錄的9t推力。

 

 

 

鎂（měi）合金 

 

鎂（měi）合金作為最輕的結構合金，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合金的可能。例如鎂合金在（zài）汽車以及（jí）航空器組件方麵（miàn）的輕量化應用（yòng），可降低燃料使用量和廢氣（qì）排放。鎂（měi）合金具有原位降解（jiě）性並且其楊氏模量低，強（qiáng）度接近人骨，優異（yì）的生物相容性，在外科植入方麵比傳（chuán）統（tǒng）合金更有應用前景（jǐng）。

 

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結語

 

3D打印技術自20世紀90年代出現以來，從一開始高分子材料的打印（yìn）逐漸聚焦到（dào）金屬粉末的打印，一大批新技術、新設備（bèi）和新材料被開發應用（yòng）。

 

當前，信息技術創（chuàng）新步伐不斷推進，工業生產正步（bù）入智能化、數字化的新（xīn）階段。2014年（nián）德國提出“工業4.0”發展計劃，勢必引起工業領（lǐng）域顛覆性的改變與創新，而3D打印技術將是工業智能（néng）化發展的強大推力。

 

金屬粉末3D 打印技術目前已取得了一定成果（guǒ），但材料瓶頸勢必（bì）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（qiú）。現適用於工業（yè）用3D打印的金屬材料種類繁多，但是隻（zhī）有專（zhuān）用的粉末材料才能滿足工業生產要求。

 

3D 打印金屬材料的發展方向主要有3個方麵：

 

一是如何在現有使用材料的基礎上加強材料結構和屬性之（zhī）間的關係研究，根據材料的性質進一步優化工藝參數（shù），增加打印速度，降低孔隙率和氧含量，改善表麵質（zhì）量；

 

二是研發新材料 使其適用於3D打印，如開發耐腐蝕、耐高溫和（hé）綜合力（lì）學性（xìng）能優異的新材料；

 

三是修訂（dìng）並完善3D打印粉體材料技術標準體（tǐ）係，實（shí）現（xiàn）金屬材料打印技術標準的製度化和常態化。