金属3D打印材料获奖科研报告

金属3D打印材料获奖科研报告关键词：金属3D打印;种类;特点;金属材料

3D打印能够快速的进行发展，取决于它能够将三维物体的建模、设计、快速复制由理论概念转变为现实。但是目前绝大多数3D打印设备所使用的耗材是可塑性塑料，使用金属粉末材料的较少[1]。虽然使用金属材料作为3D打印机耗材会在一定程度上提高制造成本，但金属材料具有可塑性塑料不具备的力学强度和优异的导电性。随着新型低廉3D打印金属耗材的制备，金属3D打印材料也开始逐渐走入，引起人们的广泛关注。

一、3D打印金属材料

目前市面上常见的黑色金属打印材料主要有不锈钢、高温合金这两种。

不锈钢作为最为廉价的3D金属打印材料，经常作为打印耗材出现在人们的视野中，不锈钢作为耗材打印出来的三维物体具有钢的力学强度，但其表面比较粗糙经常会出现麻点，但因为其表面有各种不同的磨砂面，不锈钢3D制品经常用于珠宝或者小型雕刻品的功能构件。为增强不锈钢3D耗材的表面形态，有关专家在耗材中融入一定量的青铜，青铜的添加不但提高了打印成品的物理性能，而且也影响了成品表面的光泽，提高了饰面的明暗度。

高溫合金本身具有极高的金属强度和稳定的化学性质，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业3D打印的耗材。另外，高温合金作为耗材的飞机零件已经得到了行业的广泛应用[2]。

有色金属3D打印材料主要有钛、铝镁合金、镓、镓铟合金这四种。

铝镁合金相比于其它有色金属材料具有材质轻这一重要特点，在轻量化需求的3D打印产品中有着广泛的应用，毫不例外的成为了许多行业3D打印的备选材料[3]。

镓是少数几种液态金属合金3D打印耗材的原材料，镓的黏着度与水相似，且具有良好的金属导电性，且没有毒性，不易蒸发。通过快速挤压镓通过特种喷嘴，可以使镓堆积成三维状态液滴，这些金属液滴会在表面形成一层固态的氧化膜，从物理上使打印物体的结构稳定化。由于其出色的物理性质，在作为电线时在切断后也可以自我完成修复，让镓这种液态金属开始适应于具有伸缩性和柔性的电子产品上面，例如：软存储设备、可变形天线、软光学部件等。综上可见镓合金作为SD打印金属材料的应用前景是十分可观，但其还存在一定程度的劣势，例如：工业化成本过高、不利于固定和包覆在聚合物基体中。因此，应根据实际情况合理选择SD打印金属材料。

二、金属3D打印技术特点

不同的3D金属材料打印制造技术具有各种不同的分类方法，按照金属2材料成型1的沉积状态，金属的主要加工工艺有：三维微焊接技术、电子束熔断技术、激光熔敷技术、三维打印技术、选区激光熔断技术选择性激光烧结技术。

电子束熔断技术原理是：在真空环境中，通过使用电子束融化金属材料和金属粉末，通过预先设定好的三维模型，进行逐层堆积。但是电子束沉积需要高强度的真空环境，需要的设备极其昂贵，例外电子束在进行沉积过程中会造成伽马射线的泄露，会在一定程度上对环境造成污染。

三维打印技术的原理是：通过特种喷壶将液态粘结剂喷在工作台上，当粘结剂与金属粉末凝固之后，形成了不是纯种意义上的金属器件。三维打印技术可以通过驾校金属粉末的直径和厚度来提高成品的密度。由于三维打印技术不需要激光灯高昂价格的打印设备，使得制造成本远远低于其它打印技术。

激光熔敷技术通常使用铁基金属、不锈钢金属、钛合金、铜合金作为原始耗材，该技术是通过激光在原件局部表面产生瞬间的高能量，将粉末状金属进行融化结合。相比于传统的焊接技术来说，激光熔敷技术具有产生残余热低的优点，其被广泛用于叶片、汽轮机的修复中[4]。

选择性激光烧结技术是通过高能激光对均匀铺放在工作台的金属粉末进行快速扫描，扫描完成后开始进行烧结，每次烧结冷却成型后活塞会下降一个层高，开始进行下一次扫描，直到完成打印工作。选择性激光烧结技术相比于其它技术具有成型工艺简单、打印物精度高，无需设计支持结构等特点，而且选择性激光烧结技术的金属粉末耗材利用率高，设备成本也较为便宜，收到了市场的青睐。

但是选择性激光烧结技术打印出来的物品表面质量差、力学性能低，不能广泛用于特种零件的制作。

三、金属3D打印技术的发展趋势

随着社会工业化的不断发展，业界对金属3D打印的需求也不断增加，致使3D打印材料的形态种类得到了迅速扩展，同时3D金属打印的成本也在进一步下降，其3D金属打印成品的强度、稳定性、安全性、稳定性也在不断提高。

未来，随着金属3D打印原理的扩展深化，以及业界对3D金属材料的不断深入研究，金属3D打印的效率会得到显著的提高，这种提高主要体现在打印物体的致密性、力学性质、表面物理性能等方面上。除此之外，金属3D打印设备的性能也会朝着成本低廉、方便、耐用等方向不断发展[5]。

结语：

3D打印技术，是新兴制造业和互联网网工业的有机结合，不仅为传统制造业带来了颠覆性的创新，也为未来制造业的发展带来了无限的可能，目前3D打印技术已经广泛应用于制造业之中