金屬3D打印材料獲獎科研報告

金屬3D打印材料獲獎科研報告關(guān)鍵詞：金屬3D打印;種類;特點(diǎn);金屬材料

3D打印能夠快速的進(jìn)行發(fā)展，取決于它能夠?qū)⑷S物體的建模、設(shè)計(jì)、快速復(fù)制由理論概念轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。但是目前絕大多數(shù)3D打印設(shè)備所使用的耗材是可塑性塑料，使用金屬粉末材料的較少[1]。雖然使用金屬材料作為3D打印機(jī)耗材會在一定程度上提高制造成本，但金屬材料具有可塑性塑料不具備的力學(xué)強(qiáng)度和優(yōu)異的導(dǎo)電性。隨著新型低廉3D打印金屬耗材的制備，金屬3D打印材料也開始逐漸走入，引起人們的廣泛關(guān)注。

一、3D打印金屬材料

目前市面上常見的黑色金屬打印材料主要有不銹鋼、高溫合金這兩種。

不銹鋼作為最為廉價的3D金屬打印材料，經(jīng)常作為打印耗材出現(xiàn)在人們的視野中，不銹鋼作為耗材打印出來的三維物體具有鋼的力學(xué)強(qiáng)度，但其表面比較粗糙經(jīng)常會出現(xiàn)麻點(diǎn)，但因?yàn)槠浔砻嬗懈鞣N不同的磨砂面，不銹鋼3D制品經(jīng)常用于珠寶或者小型雕刻品的功能構(gòu)件。為增強(qiáng)不銹鋼3D耗材的表面形態(tài)，有關(guān)專家在耗材中融入一定量的青銅，青銅的添加不但提高了打印成品的物理性能，而且也影響了成品表面的光澤，提高了飾面的明暗度。

高溫合金本身具有極高的金屬強(qiáng)度和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，但由于其高昂的加工成本和可塑性差的原因，目前只能用于航空工業(yè)3D打印的耗材。另外，高溫合金作為耗材的飛機(jī)零件已經(jīng)得到了行業(yè)的廣泛應(yīng)用[2]。

有色金屬3D打印材料主要有鈦、鋁鎂合金、鎵、鎵銦合金這四種。

鋁鎂合金相比于其它有色金屬材料具有材質(zhì)輕這一重要特點(diǎn)，在輕量化需求的3D打印產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用，毫不例外的成為了許多行業(yè)3D打印的備選材料[3]。

鎵是少數(shù)幾種液態(tài)金屬合金3D打印耗材的原材料，鎵的黏著度與水相似，且具有良好的金屬導(dǎo)電性，且沒有毒性，不易蒸發(fā)。通過快速擠壓鎵通過特種噴嘴，可以使鎵堆積成三維狀態(tài)液滴，這些金屬液滴會在表面形成一層固態(tài)的氧化膜，從物理上使打印物體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化。由于其出色的物理性質(zhì)，在作為電線時在切斷后也可以自我完成修復(fù)，讓鎵這種液態(tài)金屬開始適應(yīng)于具有伸縮性和柔性的電子產(chǎn)品上面，例如：軟存儲設(shè)備、可變形天線、軟光學(xué)部件等。綜上可見鎵合金作為SD打印金屬材料的應(yīng)用前景是十分可觀，但其還存在一定程度的劣勢，例如：工業(yè)化成本過高、不利于固定和包覆在聚合物基體中。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇SD打印金屬材料。

二、金屬3D打印技術(shù)特點(diǎn)

不同的3D金屬材料打印制造技術(shù)具有各種不同的分類方法，按照金屬2材料成型1的沉積狀態(tài)，金屬的主要加工工藝有：三維微焊接技術(shù)、電子束熔斷技術(shù)、激光熔敷技術(shù)、三維打印技術(shù)、選區(qū)激光熔斷技術(shù)選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。

電子束熔斷技術(shù)原理是：在真空環(huán)境中，通過使用電子束融化金屬材料和金屬粉末，通過預(yù)先設(shè)定好的三維模型，進(jìn)行逐層堆積。但是電子束沉積需要高強(qiáng)度的真空環(huán)境，需要的設(shè)備極其昂貴，例外電子束在進(jìn)行沉積過程中會造成伽馬射線的泄露，會在一定程度上對環(huán)境造成污染。

三維打印技術(shù)的原理是：通過特種噴壺將液態(tài)粘結(jié)劑噴在工作臺上，當(dāng)粘結(jié)劑與金屬粉末凝固之后，形成了不是純種意義上的金屬器件。三維打印技術(shù)可以通過駕校金屬粉末的直徑和厚度來提高成品的密度。由于三維打印技術(shù)不需要激光燈高昂價格的打印設(shè)備，使得制造成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它打印技術(shù)。

激光熔敷技術(shù)通常使用鐵基金屬、不銹鋼金屬、鈦合金、銅合金作為原始耗材，該技術(shù)是通過激光在原件局部表面產(chǎn)生瞬間的高能量，將粉末狀金屬進(jìn)行融化結(jié)合。相比于傳統(tǒng)的焊接技術(shù)來說，激光熔敷技術(shù)具有產(chǎn)生殘余熱低的優(yōu)點(diǎn)，其被廣泛用于葉片、汽輪機(jī)的修復(fù)中[4]。

選擇性激光燒結(jié)技術(shù)是通過高能激光對均勻鋪放在工作臺的金屬粉末進(jìn)行快速掃描，掃描完成后開始進(jìn)行燒結(jié)，每次燒結(jié)冷卻成型后活塞會下降一個層高，開始進(jìn)行下一次掃描，直到完成打印工作。選擇性激光燒結(jié)技術(shù)相比于其它技術(shù)具有成型工藝簡單、打印物精度高，無需設(shè)計(jì)支持結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，而且選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的金屬粉末耗材利用率高，設(shè)備成本也較為便宜，收到了市場的青睞。

但是選擇性激光燒結(jié)技術(shù)打印出來的物品表面質(zhì)量差、力學(xué)性能低，不能廣泛用于特種零件的制作。

三、金屬3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著社會工業(yè)化的不斷發(fā)展，業(yè)界對金屬3D打印的需求也不斷增加，致使3D打印材料的形態(tài)種類得到了迅速擴(kuò)展，同時3D金屬打印的成本也在進(jìn)一步下降，其3D金屬打印成品的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、安全性、穩(wěn)定性也在不斷提高。

未來，隨著金屬3D打印原理的擴(kuò)展深化，以及業(yè)界對3D金屬材料的不斷深入研究，金屬3D打印的效率會得到顯著的提高，這種提高主要體現(xiàn)在打印物體的致密性、力學(xué)性質(zhì)、表面物理性能等方面上。除此之外，金屬3D打印設(shè)備的性能也會朝著成本低廉、方便、耐用等方向不斷發(fā)展[5]。

結(jié)語：

3D打印技術(shù)，是新興制造業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)工業(yè)的有機(jī)結(jié)合，不僅為傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了顛覆性的創(chuàng)新，也為未來制造業(yè)的發(fā)展帶來了無限的可能，目前3D打印技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制造業(yè)之中