3D打印金属材料有哪些？

竹子

按照材料种类划分，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。3D打印随形水道模具是铁基合金的一大应用，传统工艺异形水道难以加工，而3D打印可以控制冷却流道的布置与型腔的几何形状基本一致，能提升温度场的均匀性，有效降低产品缺陷并提高模具寿命。钛及钛合金以其显著的比强度高、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打印镍基合金牌号有Inconel 625、Inconel718及Inconel 939等。钴基合金也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 打印钴基合金牌号有Co 212、Co 452、Co 502和CoCr28Mo6等。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， 常用牌号有AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi9Cu3 等。韩国通信卫星Koreasat-5A及Koreasat-7 使用了SLM制造的AlSi7Mg轻量化部件(图4)，不仅由原来的多个零件合成一个整体制造，零件重量比原设计降低22%，制造成本降低30%，生产周期缩短1—2个月。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。