金屬零件的3D打印——材料篇（上）

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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(jié)合起來，并具有合格的物理化學(xué)性質(zhì)^[1]。金屬零件3D打印技術(shù)作為整個3D打印體系中目前應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，是先進制造技術(shù)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(chǎn)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(shù)產(chǎn)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(zhì)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(yīng)用于工程和醫(yī)療領(lǐng)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(shù)制作的馬氏體鋼生產(chǎn)用模具部件。

圖2 娃哈哈公司生產(chǎn)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(xué)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(guān)零件的制造。圖3所示為利用3D打印技術(shù)獲得的渦輪導(dǎo)向葉片的固定環(huán)（材料 IN718）。

圖3 渦輪導(dǎo)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(lǐng)域。圖4是利用3D打印技術(shù)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(jié)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(yīng)用中有著非常理想前景，而且還用于生產(chǎn)生物醫(yī)學(xué)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(zhì)增材制造金屬粉末材料。典型應(yīng)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(chǎn)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(zhì)量、易于打磨、良好的收縮性可使燒結(jié)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(lǐng)導(dǎo)個性制造DIY-2013世界3D打印技術(shù)產(chǎn)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