3D打印耗材用在金屬材料哪些？

文章出處：新聞中心責任編輯：東莞市德之健塑膠電子有限公司發表時間：2020-06-17

　　? 3D打印耗材金屬材料主要有粉末形式和絲材形式。粉末材料是常用的材料，可用于激光選區熔化(Selective Laser Melting，SLM)、激光近凈成形(Laser Engineered Net Shaping，LENS)、電子束選區熔化(Electron Beam Melting，EBM)等多種3D打印工藝；絲材則適合于電弧增材制造(Wire and Arc Additive Manufacture，WAAM)等工藝。為了滿足3D 打印的工藝需求，金屬粉末必須滿足一定的要求。
3D打印耗材

粉末的流動性是粉末的重要特性之一，所有使用金屬粉末作為耗材的3D打印工藝在制造過程中均涉及粉末的流動，金屬粉末的流動性直接影響到SLM、EBM 中的鋪粉均勻性和LENS 中的送粉穩定性，若流動性太差會造成打印精度降低甚至打印失敗。

3D 打印所使用的金屬絲材與傳統的焊絲相同，理論上凡能在工藝條件下熔化的金屬都可作為3D 打印的材料。絲材制造的工藝很成熟，材料成本相比粉材要低很多。按照材料種類劃分，3D打印金屬材料可以分為鐵基合金、鈦及鈦基合金、鎳基合金、鈷鉻合金、鋁合金、銅合金及貴金屬等。

鐵基合金是3D 打印金屬材料中研究較早、較深入的一類合金，較常用的鐵基合金有工具鋼、316L 不銹鋼、M2 高速鋼、H13 模具鋼和15-5PH 馬氏體時效鋼等。鐵基合金使用成本較低、硬度高、韌性好，同時具有良好的機械加工性，特別適合于模具制造。3D打印隨形水道模具是鐵基合金的一大應用，傳統工藝異形水道難以加工，而3D打印可以控制冷卻流道的布置與型腔的幾何形狀基本一致)，能提升溫度場的均勻性，有效降低產品缺陷并提高模具壽命。

鈦及鈦合金以其顯著的比強度高、耐熱性好、耐腐蝕、生物相容性好等特點，成為醫療器械、化工設備、航空航天及運動器材等領域的理想材料。然而鈦合金屬于典型的難加工材料，加工時應力大、溫度高，刀具磨損嚴重，限制了鈦合金的廣泛應用。

而3D打印技術特別適合鈦及鈦合金的制造，一是3D打印時處于保護氣氛環境中，鈦不易與氧、氮等元素發生反應，微區局部的快速加熱冷卻也限制了合金元素的揮發；二是無需切削加工便能制造復雜的形狀，且基于粉材或絲材材料利用率高，不會造成原材料的浪費，大大降低了制造成本。

目前3D打印鈦及鈦合金的種類有純Ti、Ti6A14V(TC4)和Ti6A17Nb，可廣泛應用于航空航天零件及人工植入體(如骨骼，牙齒等)。鎳基合金是一類發展快、應用廣的高溫合金，其在650～1000°C 高溫下有較高的強度和一定的抗氧化腐蝕能力，廣泛用于航空航天、石油化工、船舶、能源等領域。例如，鎳基高溫合金可以用在航空發動機的渦輪葉片與渦輪盤。

常用的3D打印鎳基合金牌號有Inconel 625、Inconel718及Inconel 939等。鈷基合金也可作為高溫合金使用，但因資源缺乏，發展受限。由于鈷基合金具有比鈦合金更良好的生物相容性，目前多作為醫用材料使用，用于牙科植入體和骨科植入體的制造。目前常用的3D 打印鈷基合金牌號有Co 212、Co 452、Co 502和CoCr28Mo6等。鋁合金密度低，耐腐蝕性能好，抗疲勞性能較高，且具有較高的比強度、比剛度，是一類理想的輕量化材料。

3D 打印中使用的鋁合金為鑄造鋁合金，常用牌號有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi9Cu3 等。韓國通信衛星Koreasat-5A及Koreasat-7 使用了SLM制造的AlSi7Mg輕量化部件(圖4)，不僅由原來的多個零件合成一個整體制造，零件重量比原設計降低22%，制造成本降低30%，生產周期縮短1—2個月。其他金屬材料如銅合金、鎂合金、貴金屬等需求量不及以上介紹的幾種金屬材料，但也有其相應的應用前景。

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