金屬3D打印的常用材料有哪些？

金屬3D打印的常用材料(liao)有(you)哪些？

金屬3D打印是屬于數字熱加工的一項技術，目前制備金屬的3D打印技術主要有：選區激光熔化/燒結（SLM/SLS)、電子束選區熔化（EBSM)、激光近凈成形（LENS)等。與傳統工藝相比，金屬3D打印有直接成型，無需模具，可以實現個性化設計并制作復雜結構，高效、低消耗、低成本等優點。
但(dan)是，因(yin)為金(jin)(jin)屬3D打(da)印(yin)材(cai)料(liao)本身的(de)材(cai)料(liao)屬性(xing)(xing)，其都有特定(ding)的(de)應用領(ling)域范圍，因(yin)此，金(jin)(jin)屬3D打(da)印(yin)材(cai)料(liao)選擇的(de)過程是一個(ge)權衡多個(ge)因(yin)素的(de)過程。而且，3D打(da)印(yin)金(jin)(jin)屬不能(neng)僅僅憑借金(jin)(jin)屬3D打(da)印(yin)機的(de)參數來衡定(ding)，每種金(jin)(jin)屬材(cai)料(liao)都有適合自身特性(xing)(xing)的(de)極限點，包括應用、功能(neng)、穩(wen)定(ding)性(xing)(xing)、耐(nai)久性(xing)(xing)、美觀(guan)性(xing)(xing)、經濟性(xing)(xing)都是設(she)計師要(yao)考慮的(de)因(yin)素。

現今，國內外金屬3D打印機采用的金屬粉末一(yi)般有：工具鋼(gang)、馬(ma)氏(shi)體鋼(gang)、不(bu)銹(xiu)鋼(gang)、純(chun)鈦及鈦合(he)(he)金(jin)、鋁合(he)(he)金(jin)、鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)、銅基合(he)(he)金(jin)、鈷鉻(ge)合(he)(he)金(jin)、高(gao)熵合(he)(he)金(jin)，以及貴金(jin)屬黃金(jin)、鉑金(jin)，難熔金(jin)屬鎢合(he)(he)金(jin)等。

1、工具(ju)鋼(gang)和馬氏體(ti)鋼(gang)

以(yi)工(gong)具鋼(gang)和(he)(he)(he)馬氏(shi)體鋼(gang)為例(li)(li)，工(gong)具鋼(gang)的(de)適用(yong)(yong)性(xing)來(lai)源于(yu)其(qi)(qi)優異的(de)硬度(du)、耐(nai)磨(mo)性(xing)和(he)(he)(he)抗形變能(neng)力，以(yi)及在高溫下保持切(qie)削刃的(de)能(neng)力。模(mo)具H13熱作工(gong)具鋼(gang)就是其(qi)(qi)中一種，能(neng)夠(gou)承受不(bu)(bu)確定時間的(de)工(gong)藝條件；馬氏(shi)體鋼(gang)，以(yi)馬氏(shi)體300為例(li)(li)，又稱“馬氏(shi)體時效”鋼(gang)，在時效過程(cheng)中的(de)高強(qiang)度(du)、韌性(xing)和(he)(he)(he)尺寸穩定性(xing)都是眾所周知的(de)。他(ta)們(men)與其(qi)(qi)他(ta)鋼(gang)不(bu)(bu)同，因為他(ta)們(men)是不(bu)(bu)含(han)碳的(de)，屬(shu)于(yu)金(jin)(jin)屬(shu)間化(hua)合物，通過豐富的(de)鎳(nie)、鈷(gu)和(he)(he)(he)鉬(mu)的(de)冶(ye)金(jin)(jin)反(fan)應硬化(hua)。由于(yu)高硬度(du)和(he)(he)(he)耐(nai)磨(mo)性(xing)，馬氏(shi)體300才適用(yong)(yong)于(yu)許多(duo)模(mo)具的(de)應用(yong)(yong)，例(li)(li)如(ru)，注塑模(mo)具、輕金(jin)(jin)屬(shu)合金(jin)(jin)鑄(zhu)造、沖壓(ya)和(he)(he)(he)擠(ji)壓(ya)等，同時，其(qi)(qi)也廣泛應用(yong)(yong)于(yu)航空航天、高強(qiang)度(du)機身部件和(he)(he)(he)賽車零部件。

2、不銹鋼

不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)與(yu)碳鋼(gang)(gang)(gang)不同，目前的(de)鉻含(han)(han)量不同，10.5%鉻含(han)(han)量最低的(de)鋼(gang)(gang)(gang)合金(jin)，不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)不容(rong)易生銹(xiu)腐蝕。目前，應用于(yu)金(jin)屬3D打印(yin)的(de)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)主(zhu)要有三種：奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)316L、馬氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)15-5PH、馬氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)17-4PH。

奧氏體不銹(xiu)鋼316L，具(ju)有高強度(du)和耐腐蝕性，可在很寬的溫度(du)范圍下(xia)降到低溫，可應用(yong)(yong)于(yu)航空航天、石化等多種工(gong)程應用(yong)(yong)，也(ye)可以(yi)用(yong)(yong)于(yu)食品加工(gong)和醫療(liao)等領域。

馬(ma)氏體不銹鋼15-5PH，又稱(cheng)馬(ma)氏體時效（沉淀硬化(hua)）不銹鋼，具(ju)有很(hen)高的(de)強度、良好的(de)韌性(xing)、耐腐(fu)蝕性(xing)，而(er)且可以(yi)進一(yi)步的(de)硬化(hua)，是無鐵素(su)體。目前，廣泛應(ying)用于航空航天、石化(hua)、化(hua)工(gong)、食品加工(gong)、造紙和金(jin)屬加工(gong)業。

馬氏體不銹鋼17-4PH，在(zai)高達(da)315℃下仍(reng)具有高強度(du)高韌性(xing)，而且耐腐蝕性(xing)超強，隨著(zhu)激(ji)光加工狀態可以帶來極佳的延展性(xing)。

3、合金

金屬(shu)3D打印(yin)材料應用最(zui)為廣泛的(de)金屬(shu)粉末合(he)金主要有純鈦(tai)及鈦(tai)合(he)金、鋁合(he)金、鎳基(ji)合(he)金、鈷鉻合(he)金、銅基(ji)合(he)金等。

1）純鈦及鈦合金

目前應用于(yu)市場(chang)的(de)純(chun)鈦，又(you)稱商業純(chun)鈦，分(fen)為1級和(he)2級粉體(ti)，2級強于(yu)1級，對于(yu)大多數的(de)應用同(tong)樣具(ju)有(you)耐腐蝕性。因為純(chun)鈦2級具(ju)有(you)良好(hao)的(de)生物相容性，因此在醫療行業具(ju)有(you)廣泛(fan)的(de)應用前景。

鈦(tai)是(shi)鈦(tai)合(he)(he)金產業(ye)的關鍵。目前，應用于金屬3D打印的鈦(tai)合(he)(he)金主要是(shi)鈦(tai)合(he)(he)金5級(ji)(ji)和鈦(tai)合(he)(he)金23級(ji)(ji)，因(yin)為(wei)(wei)其優(you)異的強度和韌(ren)性(xing)，結(jie)合(he)(he)耐(nai)腐(fu)蝕、低比重(zhong)和生(sheng)(sheng)物相容性(xing)，所以在航(hang)空航(hang)天(tian)和汽車制造中(zhong)具有非常理想的應用，而(er)且，因(yin)為(wei)(wei)強度高、模(mo)量低、耐(nai)疲勞性(xing)強，應用于生(sheng)(sheng)產生(sheng)(sheng)物醫學植入物。鈦(tai)合(he)(he)金23級(ji)(ji)，純度更高，是(shi)神(shen)級(ji)(ji)一樣(yang)的牙(ya)科和醫療鈦(tai)品級(ji)(ji)。

2）鋁合金

目前，應(ying)用(yong)于金(jin)屬3D打印(yin)的鋁(lv)合(he)金(jin)主要(yao)有(you)鋁(lv)硅AlSi12和AlSi10Mg兩種。鋁(lv)硅12，是(shi)(shi)具有(you)良(liang)好的熱性(xing)能(neng)的輕質(zhi)增材制造金(jin)屬粉末，可應(ying)用(yong)于薄壁(bi)零件如換(huan)熱器或其(qi)他汽車零部件，還可應(ying)用(yong)于航空航天及航空工業級的原型及生產零部件；硅/鎂組合(he)使鋁(lv)合(he)金(jin)更具強(qiang)度和硬度，使其(qi)適用(yong)于薄壁(bi)以及復(fu)雜的幾何(he)形狀的零件，尤其(qi)是(shi)(shi)在(zai)具有(you)良(liang)好的熱性(xing)能(neng)和低重量場合(he)中。

3）鎳基合金

一般情況下，鎳基(ji)合金都具有良好的抗拉伸(shen)、抗疲勞和抗熱疲勞性能。目前，主(zhu)要有Inconel 738、Hastelloy X、Inconel 625、Inconel 713、Inconel 718等(deng)。

Inconel 738具(ju)有良好的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)蠕變斷(duan)裂強(qiang)度，抗熱(re)腐蝕性是(shi)較(jiao)低(di)鉻含量的(de)(de)超合金，可(ke)長期暴(bao)露于高(gao)(gao)達(da)920-980℃的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)腐蝕性的(de)(de)環境中，適(shi)用于飛機(ji)發動機(ji)、燃氣輪機(ji)。

Hastelloy X在高(gao)溫下具有高(gao)強(qiang)度和抗氧化性(xing)，在高(gao)達1200℃的環境中，也具有良好的延展性(xing)，目(mu)前，主要應(ying)用于航(hang)空航(hang)天技術中，例如(ru)燃氣(qi)輪機部件和燃燒區組件如(ru)過(guo)渡管、燃燒器罐、噴桿(gan)、排(pai)氣(qi)管、加力燃燒室等；而且(qie)還因為(wei)具有耐(nai)應(ying)力腐蝕開裂的性(xing)能，應(ying)用于工業爐(lu)、石油化工及化學過(guo)程(cheng)工業中。

Inconel 625(GH3536)在高溫約815℃的條件下(xia)依(yi)然(ran)具有(you)良好的負載(zai)性能，而(er)且耐腐蝕性強，廣泛應(ying)用于航空航天、化(hua)工及(ji)電力工業中。

Inconel 713具有優異的抗熱疲勞性能，以(yi)及在927℃的特(te)殊斷裂強度，適用于噴氣發(fa)動機(ji)燃氣輪機(ji)葉片。

Inconel 718（GH4169）是基于鐵鎳(nie)硬化(hua)的(de)超(chao)合金，具(ju)有良好的(de)耐腐(fu)蝕性及耐熱、拉伸、疲(pi)勞、蠕變性，適用于各種高端應(ying)用，例如，飛(fei)機(ji)渦輪發動機(ji)和(he)陸基渦輪機(ji)等。

4）鈷鉻合金

鈷(gu)鉻合金具有高強度、耐(nai)腐蝕性強、良(liang)好(hao)的(de)生物(wu)相容性以及無磁(ci)性的(de)性能，主要應用(yong)于外科植入物(wu)包括(kuo)義齒烤(kao)瓷(ci)內(nei)冠、合金人工關節(jie)(jie)、膝關節(jie)(jie)和髖關節(jie)(jie)，同(tong)時其(qi)還(huan)可用(yong)于發動機(ji)部件以及時裝、珠寶行(xing)業等。

5）銅基合金

應用于市場(chang)的(de)銅基合金，俗稱青(qing)銅，具(ju)有(you)良(liang)好的(de)導(dao)(dao)熱性和導(dao)(dao)電性，可以(yi)結(jie)合設計自由(you)度(du)，產(chan)生(sheng)復雜的(de)內部結(jie)構(gou)和冷卻通(tong)道，適合冷卻更有(you)效(xiao)的(de)工具(ju)插入模具(ju)，如半導(dao)(dao)體(ti)器(qi)件，也(ye)可用于微型換熱器(qi)，具(ju)有(you)壁(bi)薄、形(xing)狀復雜的(de)特征，現在江蘇永年(nian)激光已(yi)經成(cheng)功開發出無(wu)氧銅打印工藝。

金(jin)屬(shu)3D打印材料的(de)應用領域(yu)相當廣泛，例(li)如，石化工(gong)程應用、航空航天、汽車(che)制(zhi)造、注塑模具、輕(qing)金(jin)屬(shu)合金(jin)鑄造、食品加工(gong)、醫療、造紙、電(dian)力工(gong)業、珠寶、時裝等。相信隨著(zhu)科技的(de)不斷進步，今后(hou)金(jin)屬(shu)3D打印材料的(de)應用對社會(hui)的(de)影(ying)響會(hui)越來越大。