鋁合金

熔點(diǎn)較低，快速熔凝過(guò)程中溫度梯度相對(duì)較小，容易加工成型且成形件不易變形開(kāi)裂，但是易氧化、具有高反射性和導(dǎo)熱性等特性。目前對(duì)于鋁合金更多的是基于SLM的研究與應(yīng)用。

鎂合金

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)域具有替代鋼和鋁合金的可能。另外具有原位降解性、優(yōu)異的生物相容性等特點(diǎn)，在生物醫(yī)療行業(yè)比傳統(tǒng)合金更有應(yīng)用前景。

其它合金

還包括硬質(zhì)合金、鈷鉻合金、以及Cu-Su、WNi、Ni-Al和Nb-Ti-Si等金屬間化合物材料和一些梯度材料。

金屬增材制造技術(shù)的應(yīng)用

成形傳統(tǒng)制造難度大的零件

在制造領(lǐng)域，有些零部件形狀復(fù)雜、制備周期長(zhǎng)，應(yīng)用傳統(tǒng)鑄造鍛造工藝生產(chǎn)不出來(lái)或損耗較大。而金屬增材制造技術(shù)則可以快速制造出滿足要求的零部件，并具有加工周期短、制造成本低、無(wú)需工裝和模具等優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)金屬3D打印的異型水路模具設(shè)計(jì)時(shí)間減少了75%、制造端人力節(jié)省了50%、射出模具生產(chǎn)周期縮短了14％、制造費(fèi)用降低了16%等。

制備高成本材料零件

金屬材料是制造領(lǐng)域必不可少的重要材料，但是在實(shí)際的加工過(guò)程中，卻存在著不少問(wèn)題，例如鈦合金、高溫合金、超高強(qiáng)度鋼等材料難加工、加工成本高、材料利用率低，加工周期長(zhǎng)等。

美國(guó)最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司之一普惠公司應(yīng)用增材制造技術(shù)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的鎳基合金和鈦合金部件的研制，結(jié)果顯示：不但獲得了與當(dāng)前材料一致的性能，大大縮短了制造周期，提升了復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的制造精度；而且原材料消耗降低了50%，并將發(fā)動(dòng)機(jī)的BTF比（原材料質(zhì)量與部件最終質(zhì)量之比）從傳統(tǒng)工藝的20:1降低到2:1以下，有效的提高了部件的質(zhì)量和降低了制造成本。

快速成形小批量非標(biāo)件

3D打印非常適合個(gè)性化定制生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)。當(dāng)前，金屬增材制造的個(gè)性化制造在醫(yī)療器械的應(yīng)用極為突出，一方面用于打印具有個(gè)性化需求的植入物/假體或模仿仿生原理的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

這些植入物通過(guò)3D打印技術(shù)的精確控制，有效實(shí)現(xiàn)外在輪廓及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同步重建，以滿足其與患者局部解剖結(jié)構(gòu)的高度匹配，其中具有生物相容性的鈦合金材料是重要的加工材料，打印出來(lái)的多孔結(jié)構(gòu)植入物，可以更好的與人體組織結(jié)合。另一方面，金屬增材制造技術(shù)還可用于為病人量身定做植入手術(shù)所需的精密部件，例如華南理工大學(xué)利用激光選區(qū)熔化技術(shù)（SLM）已成功研制了外科手術(shù)所需的個(gè)性化輔助導(dǎo)板。

高性能成形修復(fù)受損零件

高成本零件的成形修復(fù)也是金屬增材制造技術(shù)的突出優(yōu)勢(shì)。過(guò)去，對(duì)于受損零部件只能做表面的涂層修復(fù)，并且維修工序步驟繁多，還涉及到一些額外的步驟如加工、拋光、測(cè)試等，同時(shí)還受維修時(shí)限條件的制約，耗時(shí)較長(zhǎng)；而對(duì)于損傷稍嚴(yán)重的零部件也只能作更換處理。金屬增材制造技術(shù)則可以對(duì)任意缺失或損環(huán)的部分進(jìn)行快速成形和修復(fù)。

例如航空航天零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂，一旦出現(xiàn)瑕疵或缺損，只能整體換掉，可能造成數(shù)十萬(wàn)、上百萬(wàn)元損失。而通過(guò)金屬3D打印技術(shù)，可以用同一材料將缺損部位修補(bǔ)成完整形狀，修復(fù)后的性能不受影響，大大延長(zhǎng)了使用壽命，降低了成本，減少了停機(jī)時(shí)間。

異質(zhì)材料的組合制造

對(duì)于傳統(tǒng)制造方式（鑄造、鍛造等）來(lái)講，將不同材料組合成單一產(chǎn)品非常困難，但是增材制造技術(shù)有能力使不同原材料進(jìn)行組合制造。

針對(duì)部分工業(yè)零件適當(dāng)利用增材制造技術(shù)進(jìn)行組合制造，不同的結(jié)構(gòu)部位采用不同類別的金屬材料，不僅大大提高結(jié)構(gòu)件的性能，而且降低了成本，特別是昂貴材料的成本。同時(shí)，也把增材制造技術(shù)成型復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)制造技術(shù)高精度本的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，形成了最佳的制造策略。

輕量化制造

增材制造技術(shù)快速自由成型的特點(diǎn)，給產(chǎn)品的設(shè)計(jì)帶來(lái)了無(wú)限的創(chuàng)新空間，為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計(jì)提供了有效的制造途徑。金屬增材制造技術(shù)則可以使這些經(jīng)拓?fù)鋬?yōu)化后的創(chuàng)新模型，不用考慮制造約束并快速實(shí)現(xiàn)制造。

例如空客A320飛機(jī)的大尺寸“仿生”機(jī)艙隔離結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)是通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，金屬3D打印制造而成，材料是采用的超強(qiáng)且輕質(zhì)合金材料Scalmalloy。A320全新的機(jī)艙設(shè)計(jì)與原有的隔離結(jié)構(gòu)相比，新型的仿生隔離結(jié)構(gòu)由幾個(gè)不同的部件組成，不僅強(qiáng)度更高，而且將其總量減輕了45%。

金屬增材制造廠商巡禮

3D模型設(shè)計(jì)軟件商

金屬3D打印設(shè)備商

金屬3D打印材料商

金屬增材制造技術(shù)趨勢(shì)分析

1.提升工藝水平，加強(qiáng)工藝技術(shù)瓶頸的突破

2.加強(qiáng)對(duì)新材料的研發(fā)與現(xiàn)有材料的改進(jìn)

3.金屬材料特性及成形工藝標(biāo)準(zhǔn)體系的建立

4.與傳統(tǒng)制造技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)混合加工

5.與拓?fù)鋬?yōu)化等創(chuàng)新技術(shù)融合，形成從設(shè)計(jì)到制造的閉環(huán)

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