近年（nián）來，3D打印技術（shù）逐漸（jiàn）應用於實際產品的製造，其中，金屬材料的3D打印技術發展尤其迅速。在（zài）國防領域，歐美發達國家非常重視3D打印技術的（de）發展，不惜投入巨資加以研究，而3D打印金屬零部件一直是研究和應用的重（chóng）點。不大能打印模具、自行車，還能打印出gun等武器，甚至能夠打印出汽車、飛（fēi）機等大型設備裝備。作為一種新型製造技術，3D打印已展現出了十分（fèn）廣闊的應用前景，而且（qiě）在（zài）裝備設計與製造、裝備保障、航空航天等更多的（de）領（lǐng）域展現出了強勁的（de）發展勢頭。

 

 

1 3D打印概述

 

1.1 基本（běn）概述

 

3D打印技術的核（hé）心思想最早起源（yuán）19世紀末的美國，但是直到20世紀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。我國是從1991 年開始研究3D打印技術的，2000年前後，這些工藝（yì）開始從實（shí）驗室研究逐步向（xiàng）工程化（huà）、產品化方向發展。當時它的名字（zì）叫快速原型技術（shù）（RP），即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。但為便於公眾（zhòng）接受（shòu），把（bǎ）這種新技術統（tǒng）稱（chēng）為3D打印。3D打印是快速成型技術的一種，它是一種以數字模（mó）型設計為基礎，運用粉末狀金屬或樹脂等可粘合材料，通過逐層“增材”打印（yìn）的方式來構造三維物（wù）體（tǐ）的技術。3D打印被（bèi）稱作“上個世紀的思想和技（jì）術，這個世紀的市場”。

 

1.2 3D打印特點

 

1）精度高。目前3D打印設備的（de）精（jīng）度基本都可控製在0.3mm以下。

 

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

 

3）可實現個性化。3D打印對於打印的模型數量（liàng）毫（háo）無限製，不管一個還是多（duō）個都可以以相同的成本製（zhì）作出來。

 

4）材料的多樣性。一個3D打印係統往往可以實現不同材料的打（dǎ）印，而這種材（cái）料的多樣（yàng）性可以滿足不同（tóng）領域（yù）的需要（yào）。

 

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（gè）性化產品，其（qí）製作成本相對就比較低（dī）了（le）。

 

 

2 金屬3D打印技術

 

金（jīn）屬零件（jiàn）3D打印技術作為整個3D打印體係中最為前沿和最有潛力的技（jì）術，是先進製造技（jì）術的重要發展方向。隨著科技發展及推（tuī）廣應用的（de）需求，利（lì）用快速成型直接製造（zào）金屬功能零件成為了快速（sù）成型主要的發展方向。目前（qián）可用於直接製造金屬功能零件的快速成型（xíng）方法主要有：選區激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）、電子束選區熔（róng）化（Electron Beam Selective Melting，EBSM）、激光近淨成形（Laser Engineered Net Shaping，LENS）等。

 

 

2.1 激光工程化淨成形技術( LENS)

 

LENS是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能零件或模具；可加工的金屬或合（hé）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、難加工的材料。

 

 

LENS是在激光熔（róng）覆技術的基礎上發展起來的一種金屬零件3D打（dǎ）印技術。采用中、大功率激光（guāng）熔化同步供給的（de）金屬粉末，按照（zhào）預設軌跡逐層沉積在基板上，最終形成金（jīn）屬零件。1999年，LENS工藝（yì）獲（huò）得了美國工業界中“最富創造力的25項技術”之一的稱號。國外（wài）研究人員研究了LENS工（gōng）藝製備奧（ào）氏（shì）體不鏽（xiù）鋼試件（jiàn）的硬度分布，結果表明隨著加工層數的增加，試件的維氏硬度降低。

 

國外研究（jiū）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Ni、Ti等與人體具有良好相（xiàng）容性的合金，製備的植入體的孔隙率最高能達到70%，使用壽命達到7-12年（nián）。 Krishna等人采用Ti-6Al-4V和Co-Cr-Mo合金製備了多孔生（shēng）物植（zhí）入體，並研究了植入（rù）體的力學性能，發現孔隙率為10%時，楊（yáng）氏模量達（dá）到90 GPa，當孔隙率為70%時，楊氏模量急劇降到（dào）2 GPa，這樣（yàng）就可以通過改變孔隙率，使植入體的力學性能與生物體適配。Zhang等製備了網狀的 Fe 基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金屬（shǔ）玻璃（lí）（MG）組件，研究發現MG的顯微硬度達到9.52 GPa。Li通過LENS工藝修複定向凝固高溫合金GTD-111。國內的（de）薛春芳等采（cǎi）用LENS工藝，獲得微觀組織（zhī）、顯微硬度和機械（xiè）性能良好的網狀的Co基高溫合金薄壁零件。費群星等采用LENS工藝（yì）成型了無變（biàn）形的Ni-Cu-Sn合金樣品。

 

 

在LENS係統中，同軸送粉器（qì）包括（kuò）送粉 器、送（sòng）粉頭和保護氣路（lù）3部分（fèn）。送粉器包括粉末料箱和粉末定（dìng）量送給機（jī）構，粉末的流量由步進電機的轉速決定。為使金屬粉末在自重（chóng）作用下增加流動性，將送粉器（qì）架設在2. 5 m的高（gāo）度上。從送粉（fěn）器流出的金屬粉末經粉末分割器平均分成4份並通（tōng）過軟管流入（rù）粉頭，金屬粉末從粉頭的噴嘴（zuǐ）噴射到激光焦點的位置完成熔化堆積過程。全部粉末路徑由保護氣體推動，保護氣體將金屬粉末與空氣隔離，從而避免金屬粉末氧化。LENS 係（xì）統同 軸送粉器結構示意圖見圖（tú）1。目前，快速（sù）原型技術已經逐步趨於成熟，發達國家也將激光工程化淨成形技術作為研究的重點，並取（qǔ）得了一些實質性成果。在實際應用中，可（kě）以利（lì）用該技術製（zhì）作出功能複 合型材（cái）料（liào），可以修複高附加值（zhí）的鈦合金葉片，也可以運用（yòng）到直（zhí）升機、客機、導彈的製作中。另外，還能將該（gāi）技（jì）術運用（yòng）於生（shēng）物植入領域，采（cǎi）用與人體具（jù）有相容性的Ni、Ti材質製備植入體（tǐ），有效提升了空隙率（lǜ），延長了植入體的使（shǐ）用時（shí）長。

 

 

2.2 激光選區熔化技術( SLM)

 

SLM 是金屬 3D 打印領域的重要部分，其（qí）發展曆程經曆低熔點（diǎn）非金屬粉（fěn）末燒結、低熔點包覆高熔點粉末燒結、高熔點粉（fěn）末直接熔化成形等階段。由美國德克薩斯大學奧斯汀分校在 1986年最早申（shēn）請專利，1988年研製成功（gōng）了第1台SLM 設備，采用（yòng）精細聚焦光斑快速熔化成30 ～51 μm 的（de）預置粉（fěn）末材料，幾乎可以直（zhí）接獲得任意形狀以及具有完全冶金結合的功能零件。致密度可達到（dào）近乎 100%，尺寸精度達 20 ～ 50 μm，表麵粗糙度達20 ～30 μm，是一種（zhǒng）極具發展前景的（de）快速成形技術。

 

 

SLM成（chéng）型材料多（duō）為單一組分金屬粉末，包括（kuò）奧氏體不（bú）鏽鋼、鎳基合金、鈦基合（hé）金、鈷-鉻合（hé）金和貴重金（jīn）屬等。激光束快速熔化金（jīn）屬粉末並獲得（dé）連續的熔（róng）道，可以（yǐ）直接獲得幾（jǐ）乎任意形狀、具有完全（quán）冶金結（jié）合、高精度的（de）近乎致密金屬零件，是極具發展前景的金屬零件3D打印技術。其（qí）應用（yòng）範圍已經擴展（zhǎn）到航空航天、微電子、醫療、珠寶首飾等行業。

 

SLM工藝有多達50多個影響因（yīn）素，對（duì） 成型效果（guǒ）具有（yǒu）重要影響的六大類：材料屬性、激光與光路係統、掃描特征（zhēng）、成型氛圍（wéi）、成型幾何特（tè）征和設備（bèi）因素。目前，國內外研究人員主要（yào）針對以上幾個（gè）影響因（yīn）素進行工藝研究、應用研究，目的都是為了解決成型過程（chéng）中（zhōng）出現的缺陷，提（tí）高成型零件的質量（liàng）。工藝（yì）研究方麵（miàn），SLM成型過程中重要工藝參數有激光（guāng）功率、掃描速度、鋪粉層厚（hòu）、掃描間距和掃描策略等，通過組（zǔ）合（hé）不同的工藝參數， 使成型質量最優。

 

 

SLM成（chéng）型（xíng）過（guò）程中的主要缺 陷有球化、翹曲變形（xíng）。球化是成型過程中上下兩層熔化不充分，由於表麵張力的作用，熔化的液滴會迅速（sù）卷成球形（xíng），從而導致球化現象，為了避免球化，應該適當（dāng）地（dì）增大輸入 能量。翹曲（qǔ）變形是由於（yú）SLM成型過程中存（cún）在的熱應力超過材料的（de）強度，發生塑性變形引起，由（yóu）於殘餘應（yīng）力的測量比較困（kùn）難，目（mù）前對 SLM工藝的翹曲變形的研究主要是采用有限元方法（fǎ）進行，然後通（tōng）過實驗驗證模擬結果的可靠性。SLM 技術的基本原（yuán）理是: 先在計算機上利用Pro /e、UG、CATIA 等三維造型軟（ruǎn）件設（shè）計出（chū）零件的（de）三維實（shí）體模型，然後通過切片軟件對該三維模型進行切片（piàn）分層，得到各截麵的輪廓數據，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（huà）各層的金屬粉末材料，逐步堆疊成三維金屬零件。

 

 

圖 2 為其（qí）成形原理（lǐ）圖： 激光束開始掃描前，鋪粉裝置先把金屬（shǔ）粉（fěn）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，選區熔化基板上的粉末，加工出當前層，然後成形缸下降1 個層厚（hòu）的距離，粉料缸（gāng）上升一定厚度的距離，鋪粉（fěn）裝（zhuāng）置再在（zài）已加工好的當前層上鋪（pù）好金（jīn）屬粉末，設備調入下一層輪廓的數據進行加工，如此（cǐ）層層加工，直到整個零件加工完畢。整個加工（gōng）過（guò）程（chéng）在通有惰性氣體保護的加工室中進行，以避免金屬在高溫下與其他氣體發生反應。 廣泛應用激光選區熔化技（jì）術的代表國家有德國、美國等。他們都（dōu）開發出了不同的製造機型，甚至可以根據實際（jì）情況專門打造零件，滿足個性化的需要。利用EOSING M270設備成形的金屬零件尺寸較（jiào）小，將其應用到牙橋、牙冠的批量生產中既不會影（yǐng）響人們（men）對其的使用，也不（bú）會產生不適感，且它的（de）致（zhì）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）金零件還能夠運用到醫學（xué）植入體（tǐ）中，促進了醫學工作的發展。

 

2.3 電子束選區熔化技術( EBSM)

 

EBSM是采用高能電子束作為加工熱源，掃描成形可以通過（guò）操縱磁偏轉線圈進行（háng），且電子束具有的真空環境，還可以避免金屬粉末在液相（xiàng）燒結或熔化過（guò）程中（zhōng）被氧化。鑒（jiàn）於電子束具有的上述優點，瑞典 Arcam公司、清華大學、美國麻省理工學院和美國 NASA 的Langley 研（yán）究中心，均開發出了各自的電子束快速製造係（xì）統 ，前兩家利用電子束熔化鋪在工作台麵上（shàng）的金（jīn）屬粉末，與激光選區燒（shāo）結（jié）技術類似；後兩家（jiā）利用電子（zǐ）束熔化金屬絲材，電子束固定不動，金屬絲材通過送（sòng）絲裝置（zhì）和工作台（tái）移（yí）動，與激（jī）光淨成形製造（zào）技術（shù）類似。

 

EBSM技（jì）術是20世紀90年代中（zhōng）期發展起來的一種金屬（shǔ）零3D打印技術，其與SLM/DMLS係統的差別主（zhǔ）要是熱源不同，在成（chéng）型原理上（shàng）基本相似。與（yǔ）以激光為能量源的（de）金屬零件3D打印技術相比，EBSM 工藝具有能量利用率高、無反射、功率密度高、聚焦方便等（děng）許多優點。在目前3D打印技術的（de）數十種方法中，EBSM技術因其能夠（gòu）直接成型（xíng）金屬零部件而受到人（rén）們的高度關注。

 

 

國外（wài）對EBM工藝理論研究相對較早，瑞典的Arcam AB公司研（yán）發了商品化的EBSM設備EBM S12係列，而國內對EBSM工藝的（de）研究相對較晚。Heinl等采用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製備了一係列（liè）的開放式蜂巢結構。通過改變預設置彈性模量E，可以獲得大小不同（tóng）的孔隙，降低結構的（de）密度，獲得輕量化的結構。K.N.Amato等人利用Co基高溫合金矩（jǔ）陣顆粒製備了柱（zhù）狀碳化物沉積（jī）結構。

 

Ramirez等（děng）采用Cu2O製（zhì）備了新型定向微結構，發現在（zài）製備過程中，柱狀Cu2O沉澱在高純銅中這一現象。劉（liú）海濤等研究了工（gōng）藝參（cān）數對電（diàn）子束選（xuǎn）區熔化工藝過程的影響，結果（guǒ）表明掃（sǎo）描線寬與電子束電流、加（jiā）速電壓和掃描速度呈明顯的線性（xìng）關（guān）係（xì），通過調節搭接率和掃描路徑可以獲得（dé）較好的層（céng）麵質（zhì）量。鎖紅波等研（yán）究了EBSM製備的Ti-6Al-4V試（shì）件的硬度和拉伸強（qiáng）度等力學性能，結果表明成（chéng）型過程中Al元素（sù）損失明顯，低的氧氣含量及Al含（hán）量有利 於塑性提高；硬度在同一層麵（miàn）內和沿熔（róng）積高 度方向沒有明顯差別，均高於退（tuì）火軋製板的硬度水平。 利用金屬粉末（mò）在電子束（shù）轟擊下熔化的原理，先在鋪粉平麵上鋪展一層粉末並壓（yā）實； 然後，電子束（shù）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（róng）化/燒結，層層堆積，直（zhí）至整個（gè）零件全部熔化/燒結完（wán）成。

 

 

EBSM 技術主要有送粉（fěn）、 鋪粉、 熔化 等工藝步驟，因此，在其真空室應（yīng）具備鋪（pù）送粉機構、粉末回收（shōu）箱及成形（xíng）平台。同（tóng）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（xì）統包括掃描控製（zhì）係統、運（yùn）動控製係統（tǒng）、電源控製係統、真空控（kòng）製係（xì）統和溫度檢測（cè）係統，如圖 3 所示。 瑞典 Arcam 公司製造生產的 S12 設備是電（diàn）子束選區熔化技術在實際應用中的最好實例。該公司（sī）在 2003 年就開始研究該項（xiàng）技術（shù），並與多種領域結合探（tàn）究。目前，EBSM技術在生物醫學中得到了大量（liàng）應用，相關單位正積極研究它在航空航天（tiān）領域中的（de）應用，美國在空間飛（fēi）行器方麵的（de）研究重點是飛行器（qì）和火箭發動機的（de）結構製造以及（jí）月（yuè）球或（huò）空間（jiān）站環境下的金（jīn）屬直接成形製（zhì）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（zhǎn）的重要物質基礎，在某（mǒu）種程（chéng）度上（shàng），材料（liào）的（de）發展決定著3D打印（yìn）能否有更廣（guǎng）泛的應用。目前，3D打（dǎ）印材料（liào）主要包（bāo）括工程塑（sù）料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料（liào）和陶瓷材料等，除此之外，彩色石膏材料、人（rén）造（zào）骨粉、細胞（bāo）生物原料以及砂糖等食品（pǐn）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（fā）的（de），與普通的塑料、石膏、樹脂等有所區別，其形態一般有粉末狀、絲狀、層片狀（zhuàng）、液體狀等。通常，根據打印設（shè）備的類型及操作條件的不同，所使用的粉末狀3D打印材料的粒徑為（wéi）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（yào）具有（yǒu）高球形度。

 

3D 打印材料的研發和突破是3D打（dǎ）印技術推廣應（yīng）用（yòng）的基礎， 也是滿（mǎn）足打印的根本保證（zhèng）。 一是加強材料的研（yán）製，形成完備（bèi）的打印材料體係。 近幾年，3D 打印材料發（fā）展比較快，2013年，金屬材料打印增長了28%，2014年達到30%多， 約占 3D打印（yìn）材（cái）料的（de）12%， 金屬材料（liào）以鈦、鋁、鋼和鎳等合金（jīn）為主，鈦合金、高溫合金、不鏽鋼、模具鋼、高強鋼、合金鋼和鋁合（hé）金等均可作為打印材（cái）料，已經廣泛應用於裝備製造和修複再製造。 但目前還沒有一個 3D 打印材料體（tǐ）係， 現有材料還遠（yuǎn）不能滿足（zú） 3D 打印（yìn）的需求。

 

 

用於激光立體成形的材料主要是金屬惰（duò）性材料， 下一步需要嚐試其他活潑的金屬打印材料。傳統用於粉末冶金的（de）金屬粉（fěn）末尚不能完全（quán）適（shì）應3D打印的（de）要（yào）求，且目前能運用於打印的金屬材（cái）料種類少，價格偏（piān）高。國外已出現少數幾家專供3D打印的金屬粉末（mò）的公司，如美國Sulzer Metco、瑞（ruì）典的Sandvik等，但（dàn）也隻能提供少數幾種常規金屬粉末。國內材（cái）料研發（fā）相對（duì）滯後，打印（yìn）粉（fěn）末太貴。因為材料研發周期長（zhǎng），研發難度較（jiào）設備大，企業出於利益的（de）最大化不願進行材料研發。黃（huáng）河旋風股份有限公司是國內為數不多的（de）從事金剛（gāng）石微粉、CBN微粉生產的企（qǐ）業。高校研究又熱衷於3D打印裝備及軟件配套等，因（yīn）此打印材料在很大程度上製約著金屬3D打印技術的（de）發展及應用。

 

4 金屬粉末

 

3D打印所使（shǐ）用的金屬粉末一般要求純淨度高、球形度（dù）好、粒徑分布（bù）窄、氧含量低。目前，應用於3D打印的金屬粉（fěn）末材料主要有鈦合金、鈷鉻合（hé）金、不（bú）鏽（xiù）鋼和鋁（lǚ）合金材料等，此外還有用於打印首飾用的金（jīn）、銀（yín）等貴金（jīn）屬粉末材料（liào）。 3D 打印金屬粉末作為金屬零件 3D 打印產業鏈最重要的一環，也是最大的價值所在。

 

在“2013年世界 3D 打印技術產業大會”上（shàng），世界 3D 打印行業的權威（wēi）專家對3D打印金屬粉末（mò）給（gěi）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（yǐ）及具有金屬性質（zhì）的某些（xiē）難熔化合物粉末。目前（qián），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性外，還必須滿足粉末粒徑（jìng）細小、粒度分布較窄、球形度高、流動性好和（hé）鬆裝密度高等要求。

 

4.1 鈦合金

 

鈦合金具有耐高溫、高耐腐蝕性、高強度（dù）、低密度以及生（shēng）物相容性等優點（diǎn），在航空航天、化（huà）工、核工（gōng）業、運動器材（cái）及醫療器械等領域得到了（le）廣泛的應用。 傳統鍛造和鑄造技（jì）術製備的鈦合（hé）金件已被廣泛地（dì）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（hé）鑄（zhù）造方（fāng）法生產大型鈦合金（jīn）零（líng）件（jiàn），由於產品成本高、工藝複雜（zá）、材料利用率低以及後續加工困難等不利因素，阻礙了其更為廣泛的應用。而金屬3D打印技術可（kě）以從（cóng）根本上解決這些問題，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術。 開發（fā）新型鈦基合金是鈦合金SLM應用研究的主要方向。由於（yú）鈦以及鈦合金（jīn）的應變硬化指（zhǐ）數低（近似（sì）為0.15），抗塑性剪切變形（xíng）能力和耐磨性差，因而限（xiàn）製了其製件（jiàn）在高溫和腐蝕磨損（sǔn）條件下的使用。

 

然而錸（Re）的熔點很高，一般用於超（chāo）高溫和（hé）強熱震工作環境，如美國 Ultramet公司采用金（jīn）屬有機化（huà）學氣相沉積法（fǎ）（MOCVD）製備（bèi） Re基複合（hé）噴管（guǎn）已（yǐ）經成功（gōng）應用於航空發動機燃燒室，工作溫度可達2200℃。因（yīn）此，Re－TI合金的製備在航空航天、核能源和電子領域具有重大意義。Ni具有磁性（xìng）和（hé）良好的可塑性，因此Ni－TI合金是常用的（de）一種形狀記憶合金。合金具有偽彈性、高彈性模量、阻（zǔ）尼特性、生物相容性和耐腐蝕性等性能。另外鈦合金多孔結構人（rén）造骨（gǔ）的研究日益增多，日本京都大學通過3D打印技術給4位頸椎間盤突（tū）出患者製作（zuò）出不同的人造骨並成功移植，該人造骨即為Ni－TI合金。

 

 

4.2 不鏽鋼

 

不鏽鋼具有耐化學腐蝕、耐高溫和力學性能良好等特（tè）性（xìng），由於其粉末成型性（xìng）好、製備工（gōng）藝簡單且成本低廉，是最早應用於3D金屬打印的材料。如華中科技大（dà）學、南京航空（kōng）航天大學、東北大學等院校在（zài）金屬3D 打印方麵研究（jiū）比較深入。現研究主要集中在 降低孔隙率（lǜ）、增加強度以（yǐ）及對熔化過程的金屬粉末球化機製等（děng）方麵。 李瑞迪等采用不同的工藝參數，對304L不鏽鋼（gāng）粉末進行（háng）了SLM成形試驗，得出304L不（bú）鏽鋼致密度經驗公式（shì），並總結出晶粒生長機製。

 

潘琰峰分析和探討了316L不鏽鋼成形過程中（zhōng）球化（huà）產生機理和影響球化的（de）因（yīn）素，認為在激光功率和粉末層厚一定時，適當增（zēng）大掃描速度可減小球（qiú）化現象，在掃描速度和粉末（mò）層厚固定時，隨著激光功率的增大，球化現象加重。Ma等通過對1Cr18Ni9Ti不鏽鋼粉末進行激光熔（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（yàng）的硬度依賴於熔化區域各（gè）向異性的微結構和晶粒大小。薑煒采用一係列的不（bú）鏽鋼粉末，分別研究粉末特性和工藝參（cān）數對SLM成形質量的（de）影響，結果表明，粉末材料的特殊（shū）性能和工藝參數對SLM 成形影響的機理主要是在於對（duì）選（xuǎn）擇性激光成形過程當中熔池質量（liàng）的影響，工藝參數（激光功率、掃描速度）主要影響熔（róng）池的深度和寬度，從而（ér）決定SLM 成形件（jiàn）的質量。

 

 

4.3 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（zuò）的（de）一類（lèi）金屬材料。其具有較高的高溫強度、良好（hǎo）的抗熱腐蝕和抗氧化性能以及良好的塑性和韌性。目前（qián）按合金基體種（zhǒng）類大致可分為鐵（tiě）基、鎳基（jī）和鈷基（jī）合金3類。高（gāo）溫（wēn）合金主要用於高性能（néng）發動（dòng）機，在現代先（xiān）進的航空發動機中，高溫合金材料的使用量占發動機總質（zhì）量的40％～60％。現代高性能航空發動機的發展對高溫合金（jīn）的使用溫度（dù）和性能的要求越（yuè）來越高。傳統的（de）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。美國（guó）航空航天（tiān）局聲稱，在（zài）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機噴嘴產生了創紀錄的9t推力。

 

 

4.4 鎂合金（jīn）

 

鎂合（hé）金作為最輕（qīng）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（lǐng）域鎂合金具有替代鋼（gāng）和（hé）鋁合金的可能（néng）。例如鎂合金在汽車以及航空器組件方麵的輕量化應用，可降低燃（rán）料使用量和廢氣排放。鎂合金具有原（yuán）位（wèi）降解性並且（qiě）其楊氏（shì）模量（liàng）低，強度接近人骨，優異的生物相容性，在（zài）外科植入方麵比傳統合金更有應用前景。

 

3D打印技（jì）術自20世紀90年代出（chū）現以來，從一開始高分子材料的打印逐漸聚（jù）焦到金屬粉末的打印，一大批新技術、新設（shè）備和新材料被開發應用（yòng）。當（dāng）前，信息技術創新（xīn）步伐（fá）不斷推進（jìn），工業（yè）生產正步入智能化、數字化的新階段。2014年德國提出“工業4.0”發（fā）展計（jì）劃，勢必引（yǐn）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（fā）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，但材（cái）料瓶（píng）頸勢必影（yǐng）響3D打印技術的推廣，3D打印技術（shù）對材料提出了（le）更高的要求．現適用於工（gōng）業用3D打印的金屬（shǔ）材料種類繁（fán）多，但（dàn）是隻有專用的粉（fěn）末材料才能（néng）滿足工業生產要求。

 

3D 打印金屬材料的發（fā）展方向主要有3個方麵：一是如何在現有（yǒu）使用材料的（de）基礎上加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（cān）數，增（zēng）加打印速度（dù），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（yìn），如開發耐腐蝕、耐高溫和綜合力（lì）學性能優異的新材料（liào）；

 

三是修訂並完善3D打（dǎ）印粉體材料技術（shù）標準體係，實現金屬（shǔ）材料打印（yìn）技（jì）術標準的製（zhì）度化和常態化。