金屬3D打印技術(shù)及其專用粉末的研究進(jìn)展

近年來,，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的制造,，其中,，金屬材料的3D打印技術(shù)發(fā)展尤其迅速,。在國(guó)防領(lǐng)域,，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視3D打印技術(shù)的發(fā)展,，不惜投入巨資加以研究,，而3D打印金屬零部件一直是研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。 不大能打印模具,、自行車,，還能打印出gun等武器，甚至能夠打印出汽車,、飛機(jī)等大型設(shè)備裝備,。作為一種新型制造技術(shù)，3D打印已展現(xiàn)出了十分廣闊的應(yīng)用前景,而且在裝備設(shè)計(jì)與制造、裝備保障,、航空航天等更多的領(lǐng)域展現(xiàn)出了強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭,。

1 3D打印概述  
1.1 基本概述  
3D打印技術(shù)的核心思想最早起源19世紀(jì)末的美國(guó)，但是直到20世紀(jì)80年代中期才有了雛形,，1986年美國(guó)人Charles  Hull發(fā)明了第一臺(tái)3D打印機(jī),。我國(guó)是從1991 年開始研究3D打印技術(shù)的，2000年前后,，這些工藝開始從實(shí)驗(yàn)室研究逐步向工程化,、產(chǎn)品化方向發(fā)展。當(dāng)時(shí)它的名字叫快速原型技術(shù)（RP）,，即開發(fā)樣品之前的實(shí)物模型�,，F(xiàn)在也有叫快速成型技術(shù)，增材制造,。但為便于公眾接受,，把這種新技術(shù)統(tǒng)稱為3D打印。  3D打印是快速成型技術(shù)的一種,，它是一種以數(shù)字模型設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),，運(yùn)用粉末狀金屬或樹脂等可粘合材料，通過逐層“增材”打印的方式來構(gòu)造三維物體的技術(shù),。3D打印被稱作“上個(gè)世紀(jì)的思想和技術(shù),，這個(gè)世紀(jì)的市場(chǎng)”。而且我國(guó)在3D打印航空航天方面最近還取得了突破,， 中國(guó)航天新突破，3D打印部件從3kg減重到600g,，減重80%

1.2 3D打印特點(diǎn)
1）精度高,。目前3D打印設(shè)備的精度基本都可控制在0.3mm以下。
2）周期短,。3D打印無須模具的制作過程,，使得模型的生產(chǎn)時(shí)間大大縮短，一般幾個(gè)小時(shí)甚至幾十分鐘就可以完成一個(gè)模型的打印,。  
3）可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化,。3D打印對(duì)于打印的模型數(shù)量毫無限制，不管一個(gè)還是多個(gè)都可以以相同的成本制作出來,。  
4）材料的多樣性,。一個(gè)3D打印系統(tǒng)往往可以實(shí)現(xiàn)不同材料的打印，而這種材料的多樣性可以滿足不同領(lǐng)域的需要,。
5）成本相對(duì)較低,。雖然現(xiàn)在3D打印系統(tǒng)和3D打印材料比較貴，但如果用來制作個(gè)性化產(chǎn)品，其制作成本相對(duì)就比較低了,。

2 金屬3D打印技術(shù)
南極熊之前就詳細(xì)的寫過各種金屬3D打印成型工藝：
盤點(diǎn)：全球金屬3D打印公司及核心技術(shù)
SLM激光選區(qū)熔化金屬3D打印技術(shù)詳解
EBM電子束熔融金屬3D打印技術(shù)詳解
SLM&EBM金屬3d打印成型工藝對(duì)比

金屬零件3D打印技術(shù)作為整個(gè)3D打印體系中最為前沿和最有潛力的技術(shù),，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著科技發(fā)展及推廣應(yīng)用的需求,，利用快速成型直接制造金屬功能零件成為了快速成型主要的發(fā)展方向,。目前可用于直接制造金屬功能零件的快速成型方法主要有：選區(qū)激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）,、電子束選區(qū)熔化（Electron Beam Selective Melting,，EBSM）、激光近凈成形（Laser Engineered Net Shaping,，LENS）等,。

2.1 激光工程化凈成形技術(shù)( LENS)
LENS是一種新的快速成形技術(shù)，它由美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首先提出,。其特點(diǎn)是: 直接制造形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的金屬功能零件或模具,； 可加工的金屬或合金材料范圍廣泛并能實(shí)現(xiàn)異質(zhì)材料零件的制造； 可方便加工熔點(diǎn)高,、難加工的材料,。

  LENS是在激光熔覆技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種金屬零件3D打印技術(shù)。采用中,、大功率激光熔化同步供給的金屬粉末,，按照預(yù)設(shè)軌跡逐層沉積在基板上，最終形成金屬零件,。1999年,，LENS工藝獲得了美國(guó)工業(yè)界中“最富創(chuàng)造力的25項(xiàng)技術(shù)”之一的稱號(hào)。國(guó)外研究人員研究了LENS工藝制備奧氏體不銹鋼試件的硬度分布,，結(jié)果表明隨著加工層數(shù)的增加,，試件的維氏硬度降低。
  國(guó)外研究人員應(yīng)用LENS工藝制備了載重植入體的多孔和功能梯度結(jié)構(gòu),，采用的材料為Ni,、Ti等與人體具有良好相容性的合金，制備的植入體的孔隙率最高能達(dá)到70%,，使用壽命達(dá)到7-12年,。  Krishna等人采用Ti-6Al-4V和Co-Cr-Mo合金制備了多孔生物植入體，并研究了植入體的力學(xué)性能,，發(fā)現(xiàn)孔隙率為10%時(shí),，楊氏模量達(dá)到90 GPa，當(dāng)孔隙率為70%時(shí),，楊氏模量急劇降到2 GPa,，這樣就可以通過改變孔隙率,，使植入體的力學(xué)性能與生物體適配。   Zhang等制備了網(wǎng)狀的 Fe 基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金屬玻璃（MG）組件,，研究發(fā)現(xiàn)MG的顯微硬度達(dá)到9.52 GPa,。Li通過LENS工藝修復(fù)定向凝固高溫合金GTD-111。國(guó)內(nèi)的薛春芳等采用LENS工藝,，獲得微觀組織,、顯微硬度和機(jī)械性能良好的網(wǎng)狀的Co基高溫合金薄壁零件。費(fèi)群星等采用LENS工藝成型了無變形的Ni-Cu-Sn合金樣品,。

在LENS系統(tǒng)中,，同軸送粉器包括送粉 器、送粉頭和保護(hù)氣路3部分,。送粉器包括粉末料箱和粉末定量送給機(jī)構(gòu),，粉末的流量由步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。為使金屬粉末在自重作用下增加流動(dòng)性,，將送粉器架設(shè)在2. 5 m的高度上,。從送粉器流出的金屬粉末經(jīng)粉末分割器平均分成4份并通過軟管流入粉頭，金屬粉末從粉頭的噴嘴噴射到激光焦點(diǎn)的位置完成熔化堆積過程,。全部粉末路徑由保護(hù)氣體推動(dòng),，保護(hù)氣體將金屬粉末與空氣隔離，從而避免金屬粉末氧化,。LENS 系統(tǒng)同 軸送粉器結(jié)構(gòu)示意圖見圖1,。 目前，快速原型技術(shù)已經(jīng)逐步趨于成熟,，發(fā)達(dá)國(guó)家也將激光工程化凈成形技術(shù)作為研究的重點(diǎn),，并取得了一些實(shí)質(zhì)性成果。在實(shí)際應(yīng)用中,，可以利用該技術(shù)制作出功能復(fù) 合型材料,，可以修復(fù)高附加值的鈦合金葉片，也可以運(yùn)用到直升機(jī),、客機(jī)、導(dǎo)彈的制作中,。另外,，還能將該技術(shù)運(yùn)用于生物植入領(lǐng)域，采用與人體具有相容性的Ni,、Ti材質(zhì)制備植入體,，有效提升了空隙率，延長(zhǎng)了植入體的使用時(shí)長(zhǎng),。

2.2 激光選區(qū)熔化技術(shù)( SLM)
SLM 是金屬 3D 打印領(lǐng)域的重要部分,，其發(fā)展歷程經(jīng)歷低熔點(diǎn)非金屬粉末燒結(jié),、低熔點(diǎn)包覆高熔點(diǎn)粉末燒結(jié)、高熔點(diǎn)粉末直接熔化成形等階段,。由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校在 1986年最早申請(qǐng)專利,，1988年研制成功了第1臺(tái)SLM 設(shè)備，采用精細(xì)聚焦光斑快速熔化成30 ～51 μm 的預(yù)置粉末材料,，幾乎可以直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結(jié)合的功能零件,。致密度可達(dá)到近乎 100%，尺寸精度達(dá) 20 ～ 50 μm,，表面粗糙度達(dá)20 ～30 μm,，是一種極具發(fā)展前景的快速成形技術(shù)。

SLM成型材料多為單一組分金屬粉末,，包括奧氏體不銹鋼,、鎳基合金、鈦基合金,、鈷-鉻合金和貴重金屬等,。激光束快速熔化金屬粉末并獲得連續(xù)的熔道，可以直接獲得幾乎任意形狀,、具有完全冶金結(jié)合,、高精度的近乎致密金屬零件，是極具發(fā)展前景的金屬零件3D打印技術(shù),。其應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到航空航天,、微電子、醫(yī)療,、珠寶首飾等行業(yè),。

SLM工藝有多達(dá)50多個(gè)影響因素，對(duì) 成型效果具有重要影響的六大類：材料屬性,、激光與光路系統(tǒng),、掃描特征、成型氛圍,、成型幾何特征和設(shè)備因素,。目前，國(guó)內(nèi)外研究人員主要針對(duì)以上幾個(gè)影響因素進(jìn)行工藝研究,、應(yīng)用研究,，目的都是為了解決成型過程中出現(xiàn)的缺陷，提高成型零件的質(zhì)量,。工藝研究方面,，SLM成型過程中重要工藝參數(shù)有激光功率、掃描速度,、鋪粉層厚,、掃描間距和掃描策略等,，通過組合不同的工藝參數(shù)， 使成型質(zhì)量最優(yōu),。

SLM成型過程中的主要缺 陷有球化,、翹曲變形。球化是成型過程中上下兩層熔化不充分,，由于表面張力的作用,，熔化的液滴會(huì)迅速卷成球形，從而導(dǎo)致球化現(xiàn)象,，為了避免球化,，應(yīng)該適當(dāng)?shù)卦龃筝斎?能量。翹曲變形是由于SLM成型過程中存在的熱應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度,，發(fā)生塑性變形引起,，由于殘余應(yīng)力的測(cè)量比較困難，目前對(duì) SLM工藝的翹曲變形的研究主要是采用有限元方法進(jìn)行,，然后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模擬結(jié)果的可靠性,。  SLM 技術(shù)的基本原理是: 先在計(jì)算機(jī)上利用Pro /e、UG,、CATIA 等三維造型軟件設(shè)計(jì)出零件的三維實(shí)體模型,，然后通過切片軟件對(duì)該三維模型進(jìn)行切片分層，得到各截面的輪廓數(shù)據(jù),，由輪廓數(shù)據(jù)生成填充掃描路徑,，設(shè)備將按照這些填充掃描線，控制激光束選區(qū)熔化各層的金屬粉末材料,，逐步堆疊成三維金屬零件,。

圖 2 為其成形原理圖： 激光束開始掃描前，鋪粉裝置先把金屬粉末平推到成形缸的基板上,，激光束再按當(dāng)前層的填充掃描線,，選區(qū)熔化基板上的粉末，加工出當(dāng)前層,，然后成形缸下降1 個(gè)層厚的距離,，粉料缸上升一定厚度的距離，鋪粉裝置再在已加工好的當(dāng)前層上鋪好金屬粉末,，設(shè)備調(diào)入下一層輪廓的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工,，如此層層加工，直到整個(gè)零件加工完畢,。整個(gè)加工過程在通有惰性氣體保護(hù)的加工室中進(jìn)行，以避免金屬在高溫下與其他氣體發(fā)生反應(yīng),。  廣泛應(yīng)用激光選區(qū)熔化技術(shù)的代表國(guó)家有德國(guó),、美國(guó)等,。他們都開發(fā)出了不同的制造機(jī)型，甚至可以根據(jù)實(shí)際情況專門打造零件,，滿足個(gè)性化的需要,。利用EOSING M270設(shè)備成形的金屬零件尺寸較小，將其應(yīng)用到牙橋,、牙冠的批量生產(chǎn)中既不會(huì)影響人們對(duì)其的使用,，也不會(huì)產(chǎn)生不適感，且它的致密度接近100%,，精細(xì)度較好,。與此同時(shí)，利用 SLM 技術(shù)生產(chǎn)出的鈦合金零件還能夠運(yùn)用到醫(yī)學(xué)植入體中,，促進(jìn)了醫(yī)學(xué)工作的發(fā)展,。

2.3 電子束選區(qū)熔化技術(shù)( EBSM)
EBSM是采用高能電子束作為加工熱源，掃描成形可以通過操縱磁偏轉(zhuǎn)線圈進(jìn)行,，且電子束具有的真空環(huán)境,，還可以避免金屬粉末在液相燒結(jié)或熔化過程中被氧化。鑒于電子束具有的上述優(yōu)點(diǎn),，瑞典 Arcam公司,、清華大學(xué)、美國(guó)麻省理工學(xué)院和美國(guó) NASA 的Langley 研究中心,，均開發(fā)出了各自的電子束快速制造系統(tǒng) ,，前兩家利用電子束熔化鋪在工作臺(tái)面上的金屬粉末，與激光選區(qū)燒結(jié)技術(shù)類似,；后兩家利用電子束熔化金屬絲材,，電子束固定不動(dòng)，金屬絲材通過送絲裝置和工作臺(tái)移動(dòng),，與激光凈成形制造技術(shù)類似,。

EBSM技術(shù)是20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來的一種金屬零3D打印技術(shù)，其與SLM/DMLS系統(tǒng)的差別主要是熱源不同,，在成型原理上基本相似,。與以激光為能量源的金屬零件3D打印技術(shù)相比，EBSM 工藝具有能量利用率高,、無反射,、功率密度高、聚焦方便等許多優(yōu)點(diǎn),。在目前3D打印技術(shù)的數(shù)十種方法中,，EBSM技術(shù)因其能夠直接成型金屬零部件而受到人們的高度關(guān)注。

國(guó)外對(duì)EBM工藝?yán)碚撗芯肯鄬?duì)較早,，瑞典的Arcam AB公司研發(fā)了商品化的EBSM設(shè)備EBM S12系列,，而國(guó)內(nèi)對(duì)EBSM工藝的研究相對(duì)較晚,。Heinl等采用Ti6-Al4-V、Ramirez采用Cu,、Murr采用Ni基和Co基高溫合金,、Hernandez等人采用TiAl制備了一系列的開放式蜂巢結(jié)構(gòu)。通過改變預(yù)設(shè)置彈性模量E,，可以獲得大小不同的孔隙,，降低結(jié)構(gòu)的密度，獲得輕量化的結(jié)構(gòu),。K.N.Amato等人利用Co基高溫合金矩陣顆粒制備了柱狀碳化物沉積結(jié)構(gòu),。

Ramirez等采用Cu2O制備了新型定向微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在制備過程中,，柱狀Cu2O沉淀在高純銅中這一現(xiàn)象,。劉海濤等研究了工藝參數(shù)對(duì)電子束選區(qū)熔化工藝過程的影響，結(jié)果表明掃描線寬與電子束電流,、加速電壓和掃描速度呈明顯的線性關(guān)系,，通過調(diào)節(jié)搭接率和掃描路徑可以獲得較好的層面質(zhì)量。鎖紅波等研究了EBSM制備的Ti-6Al-4V試件的硬度和拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能,，結(jié)果表明成型過程中Al元素?fù)p失明顯,，低的氧氣含量及Al含量有利 于塑性提高；硬度在同一層面內(nèi)和沿熔積高 度方向沒有明顯差別,，均高于退火軋制板的硬度水平,。 利用金屬粉末在電子束轟擊下熔化的原理，先在鋪粉平面上鋪展一層粉末并壓實(shí),； 然后,，電子束在計(jì)算機(jī)的控制下按照截面輪廓的信息進(jìn)行有選擇的熔化/燒結(jié)，層層堆積,，直至整個(gè)零件全部熔化/燒結(jié)完成,。

EBSM 技術(shù)主要有送粉、 鋪粉,、 熔化 等工藝步驟,，因此，在其真空室應(yīng)具備鋪送粉機(jī)構(gòu),、粉末回收箱及成形平臺(tái),。同時(shí)，還應(yīng)包括電子槍系統(tǒng),、真空系統(tǒng),、電源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其中，控制系統(tǒng)包括掃描控制系統(tǒng),、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),、電源控制系統(tǒng)、真空控制系統(tǒng)和溫度檢測(cè)系統(tǒng),，如圖 3 所示。 瑞典 Arcam 公司制造生產(chǎn)的 S12 設(shè)備是電子束選區(qū)熔化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的最好實(shí)例,。該公司在 2003 年就開始研究該項(xiàng)技術(shù),，并與多種領(lǐng)域結(jié)合探究。目前,，EBSM技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中得到了大量應(yīng)用,，相關(guān)單位正積極研究它在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用，美國(guó)在空間飛行器方面的研究重點(diǎn)是飛行器和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)制造以及月球或空間站環(huán)境下的金屬直接成形制造,。

3 3D打印材料突破是發(fā)展基礎(chǔ)
3D打印材料是3D打印技術(shù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),，在某種程度上，材料的發(fā)展決定著3D打印能否有更廣泛的應(yīng)用,。目前,，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂,、橡膠類材料,、金屬材料和陶瓷材料等，除此之外,，彩色石膏材料,、人造骨粉、細(xì)胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印領(lǐng)域得到了應(yīng)用,。3D打印所用的這些原材料都是專門針對(duì)3D打印設(shè)備和工藝而研發(fā)的,，與普通的塑料、石膏,、樹脂等有所區(qū)別,，其形態(tài)一般有粉末狀、絲狀,、層片狀,、液體狀等。通常,，根據(jù)打印設(shè)備的類型及操作條件的不同,，所使用的粉末狀3D打印材料的粒徑為1～100μｍ不等，而為了使粉末保持良好的流動(dòng)性,，一般要求粉末要具有高球形度,。  

3D 打印材料的研發(fā)和突破是3D打印技術(shù)推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)， 也是滿足打印的根本保證。 一是加強(qiáng)材料的研制,，形成完備的打印材料體系,。 近幾年，3D 打印材料發(fā)展比較快,，2013年,，金屬材料打印增長(zhǎng)了28%，2014年達(dá)到30%多,， 約占 3D打印材料的12%,， 金屬材料以鈦、鋁,、鋼和鎳等合金為主,，鈦合金、高溫合金,、不銹鋼,、模具鋼、高強(qiáng)鋼,、合金鋼和鋁合金等均可作為打印材料,，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于裝備制造和修復(fù)再制造。  但目前還沒有一個(gè) 3D 打印材料體系,， 現(xiàn)有材料還遠(yuǎn)不能滿足 3D 打印的需求,。

用于激光立體成形的材料主要是金屬惰性材料， 下一步需要嘗試其他活潑的金屬打印材料,。  傳統(tǒng)用于粉末冶金的金屬粉末尚不能完全適應(yīng)3D打印的要求,，且目前能運(yùn)用于打印的金屬材料種類少，價(jià)格偏高,。國(guó)外已出現(xiàn)少數(shù)幾家專供3D打印的金屬粉末的公司,，如美國(guó)Sulzer Metco、瑞典的Sandvik等,，但也只能提供少數(shù)幾種常規(guī)金屬粉末,。國(guó)內(nèi)材料研發(fā)相對(duì)滯后，打印粉末太貴,。因?yàn)椴牧涎邪l(fā)周期長(zhǎng),，研發(fā)難度較設(shè)備大，企業(yè)出于利益的最大化不愿進(jìn)行材料研發(fā),。黃河旋風(fēng)股份有限公司是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的從事金剛石微粉,、CBN微粉生產(chǎn)的企業(yè)。高校研究又熱衷于3D打印裝備及軟件配套等,，因此打印材料在很大程度上制約著金屬3D打印技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用,。

4 金屬粉末 干貨 ：不用找了,，全球金屬3d打印粉末材料廠商都在這里
南極熊匯總：世界上都有哪些金屬3D打印材料？

3D打印所使用的金屬粉末一般要求純凈度高,、球形度好,、粒徑分布窄、氧含量低,。目前,，應(yīng)用于3D打印的金屬粉末材料主要有鈦合金、鈷鉻合金,、不銹鋼和鋁合金材料等,，此外還有用于打印首飾用的金、銀等貴金屬粉末材料,。 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)，也是最大的價(jià)值所在,。

在“2013年世界 3D 打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)”上,，世界 3D 打印行業(yè)的權(quán)威專家對(duì)3D打印金屬粉末給予明確定義，即指尺寸小于 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、工業(yè)鋼,、青銅合金,、鈦合金和鎳鋁合金等。但是3D打印金屬粉末除需具備良好的可塑性外,，還必須滿足粉末粒徑細(xì)小,、粒度分布較窄、球形度高,、流動(dòng)性好和松裝密度高等要求,。

4.1 鈦合金
鈦合金具有耐高溫、高耐腐蝕性,、高強(qiáng)度,、低密度以及生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天,、化工,、核工業(yè)、運(yùn)動(dòng)器材及醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,。  傳統(tǒng)鍛造和鑄造技術(shù)制備的鈦合金件已被廣泛地應(yīng)用在高新技術(shù)領(lǐng)域,，一架波音747飛機(jī)用鈦量達(dá)到42.7t。但是傳統(tǒng)鍛造和鑄造方法生產(chǎn)大型鈦合金零件，由于產(chǎn)品成本高,、工藝復(fù)雜,、材料利用率低以及后續(xù)加工困難等不利因素，阻礙了其更為廣泛的應(yīng)用,。而金屬3D打印技術(shù)可以從根本上解決這些問題,，因此該技術(shù)近年來成為一種直接制造鈦合金零件的新型技術(shù)。  開發(fā)新型鈦基合金是鈦合金SLM應(yīng)用研究的主要方向,。由于鈦以及鈦合金的應(yīng)變硬化指數(shù)低（近似為0.15）,，抗塑性剪切變形能力和耐磨性差，因而限制了其制件在高溫和腐蝕磨損條件下的使用,。

然而錸（Re）的熔點(diǎn)很高,，一般用于超高溫和強(qiáng)熱震工作環(huán)境，如美國(guó) Ultramet公司采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法（MOCVD）制備 Re基復(fù)合噴管已經(jīng)成功應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室,，工作溫度可達(dá)2200℃,。因此，Re－TI合金的制備在航空航天,、核能源和電子領(lǐng)域具有重大意義,。Ni具有磁性和良好的可塑性，因此Ni－TI合金是常用的一種形狀記憶合金,。合金具有偽彈性,、高彈性模量、阻尼特性,、生物相容性和耐腐蝕性等性能,。另外鈦合金多孔結(jié)構(gòu)人造骨的研究日益增多，日本京都大學(xué)通過3D打印技術(shù)給4位頸椎間盤突出患者制作出不同的人造骨并成功移植,，該人造骨即為Ni－TI合金,。

4.2 不銹鋼  
不銹鋼具有耐化學(xué)腐蝕、耐高溫和力學(xué)性能良好等特性,，由于其粉末成型性好,、制備工藝簡(jiǎn)單且成本低廉，是最早應(yīng)用于3D金屬打印的材料,。如華中科技大學(xué),、南京航空航天大學(xué)、東北大學(xué)等院校在金屬3D 打印方面研究比較深入�,，F(xiàn)研究主要集中在 降低孔隙率,、增加強(qiáng)度以及對(duì)熔化過程的金屬粉末球化機(jī)制等方面。  李瑞迪等采用不同的工藝參數(shù),，對(duì)304L不銹鋼粉末進(jìn)行了SLM成形試驗(yàn),，得出304L不銹鋼致密度經(jīng)驗(yàn)公式,，并總結(jié)出晶粒生長(zhǎng)機(jī)制。

潘琰峰分析和探討了316L不銹鋼成形過程中球化產(chǎn)生機(jī)理和影響球化的因素,，認(rèn)為在激光功率和粉末層厚一定時(shí),，適當(dāng)增大掃描速度可減小球化現(xiàn)象，在掃描速度和粉末層厚固定時(shí),，隨著激光功率的增大,，球化現(xiàn)象加重。Ma等通過對(duì)1Cr18Ni9Ti不銹鋼粉末進(jìn)行激光熔化,，發(fā)現(xiàn)粉末層厚從60μｍ 增加到150μｍ時(shí),，枝晶間距從0.5μｍ增加到1.5μｍ，最后穩(wěn)定在2.0μｍ 左右,，試樣的硬度依賴于熔化區(qū)域各向異性的微結(jié)構(gòu)和晶粒大小,。姜煒采用一系列的不銹鋼粉末，分別研究粉末特性和工藝參數(shù)對(duì)SLM成形質(zhì)量的影響,，結(jié)果表明,，粉末材料的特殊性能和工藝參數(shù)對(duì)SLM 成形影響的機(jī)理主要是在于對(duì)選擇性激光成形過程當(dāng)中熔池質(zhì)量的影響，工藝參數(shù)（激光功率,、掃描速度）主要影響熔池的深度和寬度，從而決定SLM 成形件的質(zhì)量,。

4.3 高溫合金
高溫合金是指以鐵,、鎳、鈷為基,，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力環(huán)境下長(zhǎng)期工 作的一類金屬材料,。其具有較高的高溫強(qiáng)度、良好的抗熱腐蝕和抗氧化性能以及良好的塑性和韌性,。目前按合金基體種類大致可分為鐵基,、鎳基和鈷基合金3類。高溫合金主要用于高性能發(fā)動(dòng)機(jī),，在現(xiàn)代先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中,，高溫合金材料的使用量占發(fā)動(dòng)機(jī)總質(zhì)量的40％～60％。現(xiàn)代高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展對(duì)高溫合金的使用溫度和性能的要求越來越高,。傳統(tǒng)的鑄錠冶金工藝?yán)鋮s速度慢,，鑄錠中某些元素和第二相偏析嚴(yán)重，熱加工性能差,，組織不均勻,，性能不穩(wěn)定。而3D打印技術(shù)在高溫合金成形中成為解決技術(shù)瓶頸的新方法,。美國(guó)航空航天局聲稱,，在2014年8月22日進(jìn)行的高溫點(diǎn)火試驗(yàn)中,，通過3D打印技術(shù)制造的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴產(chǎn)生了創(chuàng)紀(jì)錄的9t推力。

4.4 鎂合金
鎂合金作為最輕的結(jié)構(gòu)合金,，由于其特殊的高強(qiáng)度和阻尼性能,，在諸多應(yīng)用領(lǐng)域鎂合金具有替代鋼和鋁合金的可能。例如鎂合金在汽車以及航空器組件方面的輕量化應(yīng)用,，可降低燃料使用量和廢氣排放,。鎂合金具有原位降解性并且其楊氏模量低，強(qiáng)度接近人骨,，優(yōu)異的生物相容性,，在外科植入方面比傳統(tǒng)合金更有應(yīng)用前景。

3D打印技術(shù)自20世紀(jì)90年代出現(xiàn)以來,，從一開始高分子材料的打印逐漸聚焦到金屬粉末的打印,，一大批新技術(shù)、新設(shè)備和新材料被開發(fā)應(yīng)用,。當(dāng)前,，信息技術(shù)創(chuàng)新步伐不斷推進(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)正步入智能化,、數(shù)字化的新階段,。2014年德國(guó)提出“工業(yè)4.0”發(fā)展計(jì)劃，勢(shì)必引起工業(yè)領(lǐng)域顛覆性的改變與創(chuàng)新,，而3D打印技術(shù)將是工業(yè)智能化發(fā)展的強(qiáng)大推力,。金屬粉末3D 打印技術(shù)目前已取得了一定成果，但材料瓶頸勢(shì)必影響3D打印技術(shù)的推廣,，3D打印技術(shù)對(duì)材料提出了更高的要求．現(xiàn)適用于工業(yè)用3D打印的金屬材料種類繁多,，但是只有專用的粉末材料才能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。

3D 打印金屬材料的發(fā)展方向主要有3個(gè)方面：一是如何在現(xiàn)有使用材料的基礎(chǔ)上加強(qiáng)材料結(jié)構(gòu)和屬性之間的關(guān)系研究,，根據(jù)材料的性質(zhì)進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù),，增加打印速度，降低孔隙率和氧含量,，改善表面質(zhì)量,；
二是研發(fā)新材料 使其適用于3D打印，如開發(fā)耐腐蝕,、耐高溫和綜合力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,；
三是修訂并完善3D打印粉體材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)金屬材料打印技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制度化和常態(tài)化,。

部分文章來源：金屬3D打印技術(shù)及其專用粉末的研究進(jìn)展（上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）