【行业小知识】3D打印该选择哪种金属材料呢？
3D打印技术是在计算机中将物体的三维模型通过分层软件分成若干层，通过3D打印设备在一个平面上按照分层图形、将塑料、金属甚至生物组织活性细胞等材料烧结或者黏和在一起，逐层累计叠加最终形成一个物体。此外，3D打印技术具有制作周期短、个性化制造、制作材料多样、制作成本相对低、应用行业领域广等特点。 然而，现阶段制约3D打印技术发展因素的主要有两个，打印材料和设备。目前3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、光敏材料和陶瓷材料。它的形态一般是粉末状、丝状、层片状、液体状。
3D打印材料分类
工程塑料 | 强度、硬度、耐冲击性、耐性、抗老化性均比较优秀。 | 光敏树脂 | 由聚合物单体和预聚体组成的，在一定波长的紫外光照射下能立刻引起聚合反应完成固化。 | 橡胶类材料 | 这种材料具备多种级别的弹性，它具有的硬度、断裂伸长率、抗撕裂程度和拉伸强度，使其非常适合于要求防滑或柔软表面的应用。 | 陶瓷材料 | 具有高强度、高硬度、耐高温、低密度、化学稳定性好、耐腐蚀等优异特性，在航空航天、汽车、生物等行业有着广泛的应用。 | 金属材料 | 粉末形式 | 粉末材料是最常用的材料，可用于激光选区熔化、激光近净成形、电子束选区熔化等多种3D打印工艺；目前3D打印所使用的金属粉末的制备方法主要是雾化法。雾化法主要包括水雾化法和气雾化法两种，气雾化制备的粉末相比于水雾化粉末纯度高、氧含量低、粉末粒度可控、生产成本低以及球形度高，是高性能及特种合金粉末制备技术的主要发展方向。 | 丝材形式 | 丝材适合于电弧增材制造等工艺；3D 打印所使用的金属丝材与传统的焊丝相同，理论上凡能在工艺条件下熔化的金属都可作为3D 打印的材料。丝材制造的工艺很成熟，材料成本相比粉材要低很多。 |
据了解，当下市场上使用频率最高的3D打印材料主要包括：塑料（ABS、PLA、尼龙、光聚合物等），金属两大类。下面重点介绍一下3D打印金属材料。
3D打印金属材料可以分为铁基合金、钛及钛基合金、镍基合金、钴铬合金、铝合金、铜合金及贵金属等。 铁基合金是3D 打印金属材料中研究较早、较深入的一类合金，较常用的铁基合金有工具钢、316L 不锈钢、M2 高速钢、H13 模具钢和15-5PH 马氏体时效钢等。铁基合金使用成本较低、硬度高、韧性好，同时具有良好的机械加工性，特别适合于模具制造。
钛及钛合金 钛及钛合金以其显著的强度高、耐热性好、耐腐蚀、生物相容性好等特点，成为医疗器械、化工设备、航空航天及运动器材等领域的理想材料。然而钛合金属于典型的难加工材料，加工时应力大、温度高，刀具磨损严重，限制了钛合金的广泛应用。而3D打印技术特别适合钛及钛合金的制造，一是3D打印时处于保护气氛环境中，钛不易与氧、氮等元素发生反应，微区局部的快速加热冷却也限制了合金元素的挥发；二是无需切削加工便能制造复杂的形状，且基于粉材或丝材材料利用率高，不会造成原材料的浪费，大大降低了制造成本。目前3D打印钛及钛合金的种类有纯Ti、Ti6A14V（TC4）和Ti6A17Nb，可广泛应用于航空航天零件（图3）及人工植入体（如骨骼，牙齿等）。
镍基合金 镍基合金是一类发展最快、应用最广的高温合金，其在650～1000°C 高温下有较高的强度和一定的抗氧化腐蚀能力，广泛用于航空航天、石油化工、船舶、能源等领域。例如，镍基高温合金可以用在航空发动机的涡轮叶片与涡轮盘。常用的3D打印镍基合金有Inconel 625、Inconel718及Inconel 939等。
钴基合金 钴基合金可作为高温合金使用，但因资源缺乏，发展受限。由于钴基合金具有比钛合金更良好的生物相容性，目前多作为医用材料使用，用于牙科植入体和骨科植入体的制造。目前常用的3D 打印钴基合金有Co 212、Co 452、Co 502和CoCr28Mo6等。
铝合金 铝合金密度低，耐腐蚀性能好，抗疲劳性能较高，且具有较高的比强度、比刚度，是一类理想的轻量化材料。3D打印中使用的铝合金为铸造铝合金，常用的有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi9Cu3 等。 铜合金、镁合金、贵金属 其他金属材料如铜合金、镁合金、贵金属等需求量不及以上介绍的几种金属材料，但也有其相应的应用前景。铜合金的导热性能良好，可以制造模具的镶块或火箭发动机燃烧室。镁合金是目前实际应用中最轻的金属，且具有良好的生物相容性和可降解性，其杨氏模量与人体骨骼也最为接近，可作为轻量化材料或植入物材料。但目前镁合金3D打印工艺尚不成熟，没有进行大范围的推广。贵金属如金、银、铂等多应用于珠宝首饰等奢侈品的定制，应用范围比较有限。
与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。3D打印技术适合于新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。因此，3D打印产业受到了国内外越来越广泛的关注，将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。 【2020深圳国际粉末冶金及硬质合金展览会】 【2020深圳国际先进陶瓷展览会】 7月1-3日 深圳会展中心 组委会联络处： 广东智展展览有限公司
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