金屬零件的3D打印——材料篇（上）

3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結合起來，并具有合格的物理化學性質^[1]。金屬零件3D打印技術作為整個3D打印體系中目前應用最為廣泛的技術，是先進制造技術的重要發(fā)展方向。目前可用于3D打印的金屬材料主要為粉末材料和絲材，其中粉末材料略多。

3D打印金屬粉末作為金屬零件3D打印產業(yè)鏈最重要的一環(huán)，也是**的價值所在^[2]。在“2013年世界3D打印技術產業(yè)大會”^[2]上，3D打印金屬粉末被給予明確定義，即尺寸小于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。目前，3D打印金屬粉末材料包括鈷鉻合金、不銹鋼、工具鋼、青銅合金、鈦合金和鎳鋁合金等。

1、不銹鋼

不銹鋼材料，具有很好的抗腐蝕性及機械性能適用于功能性原型件和系列零件，被廣泛應用于工程和醫(yī)療領域。不銹鋼打印在金屬打印上來說是***的一種打印形式，既具有高強度，又適合打印大物品。圖1所示為世界上**輛通過3D打印的不銹鋼自行車。

圖1 世界上**輛通過3D打印的不銹鋼自行車

2、特種強度鋼

特種強度鋼，如馬氏體鋼、H13鋼等，具有高強度。韌性和尺寸穩(wěn)定度。適用于注塑模具，工程零件等。圖2 所示為娃哈哈公司利用3D打印技術制作的馬氏體鋼生產用模具部件。

圖2 娃哈哈公司生產用模具部件

3、鐵鎳合金

鐵鎳合金是一種在高溫下?lián)碛袃?yōu)異的機械和化學特性的合金。主要用于航空航天工業(yè)的動力渦輪機和相關零件的制造。圖3所示為利用3D打印技術獲得的渦輪導向葉片的固定環(huán)（材料 IN718）。

圖3 渦輪導向葉片固定環(huán)

4、鈷鉻鉬合金

鈷鉻鉬合金是一種具有優(yōu)秀的機械性能、高抗腐蝕及抗溫特性，被廣泛用于生物醫(yī)院及航空航天領域。圖4是利用3D打印技術獲得的航空航天用旋流器，材料為鈷鉻合金。

圖4 航空航天用旋流器

5、鈦合金

鈦合金具有優(yōu)異的強度和韌性，結合耐腐蝕、低比重和生物相容性使其在航空航天和汽車等許多高性能應用中有著非常理想前景，而且還用于生產生物醫(yī)學植入物。圖5所示為鈦合金3D打印的骨盆假體、鎖骨假體及肩胛骨假體。

圖5 鈦合金3D打印的骨盆假體、鎖骨假體及肩胛骨假體

6、鋁合金

鋁合金是一種具有良好的熱性能的輕質增材制造金屬粉末材料。典型應用在薄壁零件，如換熱器，汽車，航空航天和航空工業(yè)級的原型及生產零部件。圖6所示為鋁合金3D打印的換熱器。

圖6 鋁合金3D打印的換熱器

7、銅合金

銅合金，具有良好的機械性能、優(yōu)秀的細節(jié)表現(xiàn)及表面質量、易于打磨、良好的收縮性可使燒結的樣件達到很高的精度，適于注塑模具和功能性原型件的制造。圖7所示為銅合金3D打印的葉輪原型件。

圖7 銅合金3D打印的葉輪原型件

參考文獻

[1]     姚妮娜, 彭雄厚. 3D打印金屬粉末的制備方法[J]. 四川有色金屬, 2013(4):48-51..

[2]     劉超. 3D打印領導個性制造DIY-2013世界3D打印技術產業(yè)大會報道. 2013.

圖片來源

1 http://tech.163.com/16/0204/13/BF00HSD900094P0U.html

2 http://shining3d.com/support_detail-4149.html

3 http://www.eos.info/press/press_material

4 http://www.eos.info/press/press_material

5 http://paper.sciencenet.cn/htmlnews/2014/5/295545.shtm

6 http://www.eos.info/press/press_material

7 http://wenku.baidu.com/view/7c13bb43964bcf84b9d57bbc.html?from=search