适用于3D打印的金属材料

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金属3D打印是近些年飞速发展的一项加工技术，它通过激光烧结、电子束选区熔化、激光近净成形等方式，将金属粉末热成形从而得到需要的形状，无需模具就可以实现各种复杂结构的加工。目前，这一技术已经广泛应用于航空航天、汽车制造、注塑模具医疗器械等领域。不同金属材料都有其自身的特性，这些特性决定了它们各自的用途，我们来逐一进行介绍。

工具钢和马氏体钢

工具钢的优点在于其出色的硬度、耐磨性、抗形变能力，以及在高温下能够保持切削刃的能力。模具H13热作工具钢就是其中具有代表性的一种。而马氏体钢，例如被称为“马氏体时效”钢的马氏体300，这种材料在时效过程中具有极佳的高强度、韧性和尺寸稳定性。工具钢和马氏体钢的共同点是都不含碳元素，而是通过镍、钴和钼的冶金反应形成金属间化合物，从而达到增加硬度的效果。由于具有了高硬度和耐磨性，这两类金属材料适用于许多模具的应用，例如注塑模具、轻金属合金铸造、冲压和挤压等，同时，也广泛应用于航空航天、高强度机身部件和赛车零部件。

适用于3D打印的金属材料

不锈钢

不锈钢与碳钢材料不同，其中只含少量的碳，但含有大量的铬，含量不低于10.5%。铬会在金属表面形成一层坚硬的氧化膜，从而增加硬度并起到防腐蚀的作用。目前，应用于金属3D打印的不锈钢主要有三种：奥氏体不锈钢316L、马氏体不锈钢15-5PH和马氏体不锈钢17-4PH。

奥氏体不锈钢316L，具有高强度和耐腐蚀的特点，可以降到一个较低的低温而不影响工艺性能，因此可应用于航空航天、石化等多种工程应用，也可以用于食品加工和医疗等领域。马氏体不锈钢15-5PH，又被称为马氏体时效不锈钢，除了很高的强度和耐腐蚀性外，这类材料还具有良好的韧性，而且可以进一步硬化，是无铁素体。目前，马氏体不锈钢15-5PH在航空航天、石化、化工、食品加工和金属加工业等领域应用广泛。马氏体不锈钢17-4PH，在最大特点是耐高温，在高达315摄氏度的高温下仍具有高强度高韧性，而且耐腐蚀性超强，随着激光加工状态可以带俩极佳的延展性。

纯钛和钛合金

目前加3D打印用到的的纯钛分为1级粉体和2级粉体两种类型。2级粉体优于1级粉体。对于大多数的应用同样具有耐腐蚀性。因为纯钛2级具有良好的生物相容性，因此在医疗行业具有广泛的应用前景。

钛是钛合金产业的关键。目前，应用于金属3D打印的钛合金主要是钛合金5级和钛合金23级，因为其优异的强度和韧性，结合耐腐蚀、低比重和生物相容性，所以在航空航天和汽车制造中都会大量使用。更重要的是，其强度高、模量低、耐疲劳性强，应用于生产生物医学植入物。钛合金23级，纯度更高，牙科和医疗钛品级的重要材料。

铝合金

目前，应用于金属3D打印的铝合金主要有铝硅12和铸造铝合金两种。铝硅12，是具有良好热性能的轻质增材制造金属粉末，可应用于薄壁零件如换热器或其他汽车零部件，还可应用于航空航天及航空工业级的原型及生产零部件。而铸造铝合金中的硅元素和镁元素使铝合金的强度及硬度更上一层楼。铸造铝合金适用于薄壁以及复杂的几何形状的零件，尤其是在具有良好的热性能和低重量场合中。

适用于3D打印的金属材料

镍基合金

镍基合金主要有Inconel 738、Hastelloy X、Inconel 625、Inconel 713、Inconel 718等几种，它们都具有良好的抗拉伸、抗疲劳和抗热疲劳性能。其中，Inconel 738具有良好的高温蠕变断裂强度，同时还能抵抗热腐蚀，可长期暴露在高达920到980摄氏度的高温腐蚀性环境中，适用于飞机发动机、燃气轮机。

Hastelloy X在高温下具有极高的强度和抗氧化性，能够在1200摄氏度的高温环境中，保持良好的延展性，主要应用于航空航天技术领域，例如燃气轮机部件、燃烧器罐、排气管等；而且又因为Hastelloy X耐应力腐蚀开裂的特点，应用于工业炉、石油化工及化学过程工业中。

Inconel 625在815摄氏度高温下依然具有良好的负载性能，且耐腐蚀，广泛应用于航空航天、化工及电力工业中。Inconel 713具有优异的抗热疲劳性能，以及在927摄氏度的特殊断裂强度，适用于喷气发动机燃气轮机叶片。Inconel 718是基于铁镍硬化的超合金，具有良好的耐腐蚀性及耐热、拉伸、疲劳、蠕变性，适用于各种高端应用，如飞机涡轮发动机和陆基涡轮机等。

钴铬合金

钴铬合金具有高强度、耐腐蚀性强、良好的生物相容性以及无磁性的性能，主要应用于外科植入物包括合金人工关节、膝关节和髋关节，同时其还可用于发动机部件以及时装、珠宝行业等。

青铜粉

青铜是铜基合金，具有良好的导热性和导电性，可以结合设计自由度，产生复杂的内部结构和冷却通道，适合冷却更有效的工具插入模具，如半导体器件，也可用于微型换热器，具有壁薄、形状复杂的特征。

3D打印作为一项前沿科技，只有选择最合适的材料，才能加工出符合要求的零件。现阶段，国内大部分金属3D打印材料依赖进口，成本较高。而自主研发金属打印新材料又需要消耗大量的人力、物力资源。但是，开发专用的金属3D打印原材料是推动金属3D打印发展的必然因素，而且，这也将催生新产业的迅猛发展。