導(dǎo)讀：3D打印技術(shù)正日益強(qiáng)大，材料不僅限于塑料和樹(shù)脂，還擴(kuò)展到金屬領(lǐng)域，其中也包括鋼材。通過(guò)3D打印鋼材，可以制造更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也能夠生產(chǎn)更高強(qiáng)度的零件和構(gòu)件。

目前，3D打印鋼的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，例如，航空航天、汽車(chē)制造、復(fù)雜模具、醫(yī)療、能源動(dòng)力、軌道交通等。無(wú)論需要替換零件、模具工具、固定裝置還是任何傳統(tǒng)上由鋼制成的東西，3D打印都可以提供更快、更便宜、更高效的方法。

3D打印鋼材的優(yōu)勢(shì)

3D打印鋼部件的強(qiáng)度可以與傳統(tǒng)制造方法制造的鋼部件一樣強(qiáng)，甚至更強(qiáng)。在某些條件下，用激光粉末床熔融（LPBF）3D打印機(jī)制造的不銹鋼零件的強(qiáng)度是用傳統(tǒng)技術(shù)制造的不銹鋼零件的三倍。最近的另一項(xiàng)研究表明，不銹鋼3D打印零件在沉淀硬化熱處理后表現(xiàn)出的屈服強(qiáng)度（1157 MPa）與鍛造零件相當(dāng)。

圖片來(lái)源：Desktop Metal

3D打印鋼的主要優(yōu)勢(shì)不僅在于其強(qiáng)度，還在于其獨(dú)特的能力，可以創(chuàng)建具有內(nèi)部通道（例如模具中的隨形冷卻通道）和晶格填充的零件，而這是傳統(tǒng)方法無(wú)法制造的。

圖片來(lái)源：MX3D

金屬3D打印可以比傳統(tǒng)制造更快地生產(chǎn)零件，制造商還可以重新設(shè)計(jì)零件，將多個(gè)組件整合為一個(gè)可3D打印的零件，從而消除組裝或焊接獲得更好的零件性能，這通常意味著制造時(shí)所需的鋼材更少，重量也更輕。

3D打印鋼材也是一種更具可持續(xù)性和成本效益的做法，因?yàn)樗梢詼p少浪費(fèi)。相比于數(shù)控加工等減材制造的方法，通過(guò)增材制造，只需使用最終零件所需的材料。

雖然3D打印鋼材有很多的優(yōu)勢(shì)，但這并不代表這項(xiàng)極具潛力的技術(shù)要在所有應(yīng)用中取代傳統(tǒng)方法，但它可能在某些時(shí)候是更好的選擇。

3D打印鋼材的分類(lèi)及特征

傳統(tǒng)制造中使用了數(shù)千種具有不同機(jī)械性能的鋼和鋼合金，但在3D打印中可能有幾十種，主要的鋼材包括：

• 不銹鋼（316L、304L、17-4 PH、15-5PH、420、254、PH1、GP1、630、410）
• 工具鋼（D2、M2、H13、H11、MS1、1.2709）
• 低合金鋼(4140)
• 表面硬化鋼(20MnCr5)
  

其中，最常用的是316L不銹鋼、304奧氏體不銹鋼、17-4PH和15-5PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼、18Ni300 (1.2709)馬氏體時(shí)效鋼和H13工具鋼。

圖片來(lái)源：GKN Additive

接下來(lái)我們將重點(diǎn)介紹工具鋼、馬氏體鋼和不銹鋼。

1、工具鋼和馬氏體鋼

工具鋼之所以廣泛應(yīng)用，源于其出色的硬度、耐磨性、抗形變能力以及在高溫下保持切削刃的能力。模具H13熱作工具鋼就是其中之一，它能夠承受不確定時(shí)間的工藝條件。

馬氏體鋼，以馬氏體300為例，又被稱(chēng)為“馬氏體時(shí)效”鋼，在時(shí)效過(guò)程中具有高強(qiáng)度、韌性和尺寸穩(wěn)定性，這些特點(diǎn)眾所周知。與其他鋼材不同的是，它們不含碳，屬于金屬間化合物，通過(guò)富含鎳、鈷和鉬的冶金反應(yīng)來(lái)硬化。

2、不銹鋼

不銹鋼是目前金屬3D打印應(yīng)用最廣泛的材料，常見(jiàn)的有奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼。不銹鋼具有優(yōu)異的防銹、耐磨、耐腐蝕等特性，且其強(qiáng)度超越許多鋼材，可適用于99%的工業(yè)應(yīng)用；同時(shí)，在相同重量下，不銹鋼材料通常價(jià)格最低，這是其最大的優(yōu)勢(shì)之一。

目前，用于金屬3D打印的不銹鋼主要包括三種：奧氏體不銹鋼316L、馬氏體不銹鋼15-5PH、馬氏體不銹鋼17-4PH。

3D打印鋼材的制作工藝

3D打印鋼材的強(qiáng)度、性能和應(yīng)用在很大程度上取決于使用的3D打印技術(shù)。某些方法可以生產(chǎn)出更堅(jiān)固的3D打印鋼部件，其他方法可以生產(chǎn)出更好的硬度或耐磨性，而有些技術(shù)則速度非?？?。

下面我們將介紹主要的金屬3D打印方法、它們的特性以及一些常見(jiàn)應(yīng)用的案例。

1、選擇性激光熔化(SLM)

選擇性激光熔化（SLM），又稱(chēng)粉末床激光熔融（LPBF），是最常見(jiàn)的金屬3D打印技術(shù)，約占金屬3D打印機(jī)市場(chǎng)的80%。

圖片來(lái)源：GE Additive

該技術(shù)選用激光作為能量源，按照切片模型中規(guī)劃好的路徑在金屬粉末床層進(jìn)行逐層掃描，掃描過(guò)的金屬粉末通過(guò)熔化、凝固，最終獲得模型所設(shè)計(jì)的金屬零件。SLM 3D打印技術(shù)能直接成型出近乎全致密且力學(xué)性能良好的金屬零件，其中鋼和鋼合金是SLM機(jī)器最受歡迎的材料，在商業(yè)上也擁有廣泛應(yīng)用。

圖片來(lái)源：毅速科技

以模具應(yīng)用為例，SLM3D打印技術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用重新定義了冷卻水路。通過(guò)幾乎無(wú)所不能的水路設(shè)計(jì)，成功地解決了塑料制品生產(chǎn)中因冷卻不均勻而導(dǎo)致的變形、縮水和澆口區(qū)域高溫等問(wèn)題。在這一特定領(lǐng)域，毅速已經(jīng)通過(guò)他們自主研發(fā)的設(shè)備和材料積累了大量成功的應(yīng)用案例。

2、粘接劑噴射（Binder Jetting）

粘接劑噴射是另一種基于粉末床的3D打印技術(shù)。不同之處在于，它不是通過(guò)激光熔融的方式，而是使用噴墨打印頭將粘合劑噴灑到粉末上，以便在所選擇的區(qū)域內(nèi)將粉末粘結(jié)在一起，逐層疊加以制造出所需的物體。

圖片來(lái)源：GE Additive

粘接劑噴射也被認(rèn)為是金屬3D打印技術(shù)中最有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的方法，此外，金屬粘接劑噴射零件的材料特性與傳統(tǒng)金屬注射成型生產(chǎn)的零件相似。一些知名的制造商包括HP、GE Additive、Markforged、Desktop Metal以及武漢易制、共享裝備等。

圖片來(lái)源：武漢易制

報(bào)道稱(chēng)，蘋(píng)果正在采用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)制造其Apple Watch Series 9智能手表的鋼制底盤(pán)原型，隨后進(jìn)行去脂和燒結(jié)工藝以增加其致密性，最終通過(guò)精密加工獲得最終成品。

3、熔融沉積成型 (FDM)

通過(guò)FDM 3D打印結(jié)合注入不銹鋼粉末的線材，可以比其他任何方法更經(jīng)濟(jì)地制造固體金屬部件。目前市場(chǎng)上生產(chǎn)不銹鋼（316L，17-4 PH）金屬線材的材料供應(yīng)商包括巴斯夫Forward AM等公司。

圖片來(lái)源：Raise 3D

這些線材通常由大約80%的金屬和20%的塑料混合物組成。在打印完成后，需要進(jìn)行后處理工作，去除塑料，從而獲得類(lèi)似于金屬注射成型的金屬部件，但這可能會(huì)導(dǎo)致部件體積損失高達(dá)三分之一，因此在開(kāi)始打印之前需要考慮這一因素。


目前，包括Raise3D復(fù)志科技、UltiMaker、BCN3D等在內(nèi)的FDM 打印機(jī)制造商都有開(kāi)發(fā)相關(guān)設(shè)備。另一項(xiàng)技術(shù)使用的是具有更高濃度的金屬線材，能夠完成該材料打印的目前只有Markforged和Desktop Metal。

圖片來(lái)源：升華三維

線材并不是FDM 打印的唯一材料選擇，升華三維等少數(shù)公司提供使用金屬顆粒進(jìn)行擠出的FDM 3D打印機(jī)。上圖展示的正是通過(guò)升華三維的3D打印機(jī)，結(jié)合不銹鋼顆粒和金屬聚合物復(fù)合材料，首先打印出原型模型，然后通過(guò)脫脂和燒結(jié)工藝，制造出最終致密的不銹鋼金屬部件。

4、結(jié)合金屬沉積 (BMD)

結(jié)合金屬沉積（BMD）技術(shù)由Desktop Metal開(kāi)發(fā)，類(lèi)似于FDM，它使用金屬絲材料，通過(guò)電感等方式將絲材熔化，然后在靜電力或磁場(chǎng)等作用下控制噴嘴上液滴的表面張力，將金屬液滴在成形平臺(tái)上沉積，這一技術(shù)更接近于傳統(tǒng)的金屬注射成型（MIM）技術(shù)。此外，還需要后處理去除粘合劑以及在爐中進(jìn)行熱處理以進(jìn)行最終燒結(jié)。

圖片來(lái)源：Desktop Metal

目前，市場(chǎng)上使用這種方法的3D打印機(jī)并不多，主要包括Desktop Metal和Markforged 3D打印機(jī)。目前共有四種不同類(lèi)型的鋼材可選，這項(xiàng)技術(shù)主要用于制造鋼制原型零件，典型的應(yīng)用包括成型工具、沖壓模具、噴嘴、葉輪、固定裝置和熱交換器等領(lǐng)域。

圖片來(lái)源：Markforged

以醫(yī)療應(yīng)用為例，Shukla Medical公司采用Markforged Metal X金屬3D打印機(jī)與17-4 PH不銹鋼材料相結(jié)合，制造外科手術(shù)原型工具。這不僅縮短了制造時(shí)間，還允許更加復(fù)雜的形狀設(shè)計(jì)。

5、粉末床電子束熔融(EBM)

電子束熔融（EBM）是另一種粉末床熔化技術(shù)。其工作原理類(lèi)似于選擇性激光熔化（SLM），不同之處在于它使用更高溫的電子束而不是激光作為能源。再涂層器將一層粉末涂布在構(gòu)建平臺(tái)上，然后電子束有選擇性地熔化粉末的每個(gè)橫截面，每完成一層后，打印平臺(tái)板就會(huì)下降，逐層疊加形成物體。

圖片來(lái)源：GE Additive

EBM速度比SLM快得多，但制造出的零件表面光滑度和精度不如SLM。此外，EBM工藝是在真空室中進(jìn)行的，從而減少了可能導(dǎo)致缺陷的材料雜質(zhì)。這項(xiàng)技術(shù)最早由瑞典的Arcam公司開(kāi)發(fā)，后來(lái)該公司被GE Additive收購(gòu)。在國(guó)內(nèi)，代表性的企業(yè)包括西安賽隆增材和天津清研智束。

圖片來(lái)源：西安賽隆

目前，EBM電子束熔融技術(shù)在臨床骨科領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，包括椎間融合器、人工椎體、髖臼杯、植入物等，但主要以鈦合金為主要應(yīng)用材料。

6、冷噴涂

冷噴涂增材制造技術(shù)是一種基于高速粒子固態(tài)沉積的涂層制備方法。在這個(gè)過(guò)程中，噴涂粒子在固態(tài)狀態(tài)下與基體發(fā)生碰撞，經(jīng)歷劇烈的塑性變形，最終沉積形成涂層。這種技術(shù)在制備塊材和零部件時(shí)不會(huì)對(duì)基體產(chǎn)生熱影響，因此可以作為近乎凈成形技術(shù)，直接噴涂制備所需的材料和零件。

圖片來(lái)源：Impact Innovations

冷噴涂印刷材料不容易出現(xiàn)孔隙、熱裂紋或其他常見(jiàn)于熔融技術(shù)的問(wèn)題。相對(duì)于其他制造方法，冷噴涂無(wú)需進(jìn)行后處理，而且通常具有較小的碳足跡。目前，該技術(shù)被廣泛用于世界各地的軍事和航空航天修復(fù)應(yīng)用中。

圖片來(lái)源：超卓航科

以航空航天應(yīng)用來(lái)看，超卓航科是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的掌握冷噴涂增材制造技術(shù)并將其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用于航空器維修和再制造領(lǐng)域的企業(yè)之一。他們將這項(xiàng)技術(shù)用于航空機(jī)載設(shè)備的維修業(yè)務(wù)，包括軍用和民用航空器的氣動(dòng)附件、液壓附件、燃油附件以及電氣附件的修復(fù)。

7、直接能量沉積(DED)和電弧熔絲增材制造 (WAAM)

直接能量沉積（DED）采用噴嘴將吹制粉末或焊絲送入，同時(shí)引入電源來(lái)熔化金屬，形成熔池，然后將其應(yīng)用到構(gòu)建基底上。DED通常適用于制造大型物體，也適用于需要大量加工的復(fù)雜幾何形狀。

圖片來(lái)源：MX3D

由于DED采用熔覆工藝，因此可用于向現(xiàn)有的鋼部件添加復(fù)雜的幾何形狀，從而將復(fù)雜性與成本的降低相結(jié)合。與DED相關(guān)的另一項(xiàng)技術(shù)是電弧增材制造（WAAM）。WAAM不使用粉末，而是使用金屬絲，通過(guò)電弧將其熔化，這個(gè)過(guò)程由機(jī)械臂來(lái)控制。

圖片來(lái)源：英尼格瑪

以無(wú)人車(chē)應(yīng)用為例，通常需要高度定制化的設(shè)計(jì)，特別是對(duì)于那些需要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以減輕重量并增強(qiáng)底盤(pán)強(qiáng)度的情況。然而，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的形狀往往非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的鑄造方法難以實(shí)現(xiàn)。英尼格瑪采用自研的電弧增材制造技術(shù)，使得制造高度定制化的無(wú)人車(chē)成為可能。

8、微型金屬3D打印

微型增材制造或微型3D打印能夠以幾微米（甚至更小）的分辨率來(lái)打印零件。有三種微型金屬3D打印方法用于制造金屬零件。

圖片來(lái)源：3D MicroPrint

電化學(xué)沉積是由瑞士Exaddon公司開(kāi)發(fā)的一種先進(jìn)的微型金屬3D打印工藝。在這個(gè)過(guò)程中，打印噴嘴將注入金屬離子的液體輸送，以在原子水平上構(gòu)建零件。

另一種微型金屬3D打印方法是微型選擇性激光燒結(jié)（μSLS），其中將一層金屬納米顆粒墨水涂覆到基材上，然后通過(guò)數(shù)字微鏡陣列圖案化的激光將納米顆粒加熱并燒結(jié)成所需的圖案。然后重復(fù)這一組步驟以構(gòu)建3D零件的每一層。

第三種微型金屬3D打印方法是金屬立體光刻技術(shù)，也稱(chēng)為基于光刻技術(shù)的金屬制造（LMM）。它利用光聚合原理，將金屬粉末均勻分散在稱(chēng)為漿料的光敏樹(shù)脂中，然后通過(guò)選擇性曝光逐層聚合。金屬立體光刻技術(shù)具有出色的表面質(zhì)量，主要用于微型3D打印。

最后，3D打印鋼材允許制造商以更靈活、高效和可持續(xù)的方式生產(chǎn)零部件和產(chǎn)品。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)計(jì)將會(huì)有更多新的應(yīng)用領(lǐng)域涌現(xiàn)。

導(dǎo)讀：3D打印技術(shù)正日益強(qiáng)大，材料不僅限于塑料和樹(shù)脂，還擴(kuò)展到金屬領(lǐng)域，其中也包括鋼材。通過(guò)3D打印鋼材，可以制造更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也能夠生產(chǎn)更高強(qiáng)度的零件和構(gòu)件。

目前，3D打印鋼的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，例如，航空航天、汽車(chē)制造、復(fù)雜模具、醫(yī)療、能源動(dòng)力、軌道交通等。無(wú)論需要替換零件、模具工具、固定裝置還是任何傳統(tǒng)上由鋼制成的東西，3D打印都可以提供更快、更便宜、更高效的方法。

3D打印鋼材的優(yōu)勢(shì)

3D打印鋼部件的強(qiáng)度可以與傳統(tǒng)制造方法制造的鋼部件一樣強(qiáng)，甚至更強(qiáng)。在某些條件下，用激光粉末床熔融（LPBF）3D打印機(jī)制造的不銹鋼零件的強(qiáng)度是用傳統(tǒng)技術(shù)制造的不銹鋼零件的三倍。最近的另一項(xiàng)研究表明，不銹鋼3D打印零件在沉淀硬化熱處理后表現(xiàn)出的屈服強(qiáng)度（1157 MPa）與鍛造零件相當(dāng)。

圖片來(lái)源：Desktop Metal

3D打印鋼的主要優(yōu)勢(shì)不僅在于其強(qiáng)度，還在于其獨(dú)特的能力，可以創(chuàng)建具有內(nèi)部通道（例如模具中的隨形冷卻通道）和晶格填充的零件，而這是傳統(tǒng)方法無(wú)法制造的。

圖片來(lái)源：MX3D

金屬3D打印可以比傳統(tǒng)制造更快地生產(chǎn)零件，制造商還可以重新設(shè)計(jì)零件，將多個(gè)組件整合為一個(gè)可3D打印的零件，從而消除組裝或焊接獲得更好的零件性能，這通常意味著制造時(shí)所需的鋼材更少，重量也更輕。

3D打印鋼材也是一種更具可持續(xù)性和成本效益的做法，因?yàn)樗梢詼p少浪費(fèi)。相比于數(shù)控加工等減材制造的方法，通過(guò)增材制造，只需使用最終零件所需的材料。

雖然3D打印鋼材有很多的優(yōu)勢(shì)，但這并不代表這項(xiàng)極具潛力的技術(shù)要在所有應(yīng)用中取代傳統(tǒng)方法，但它可能在某些時(shí)候是更好的選擇。

3D打印鋼材的分類(lèi)及特征

傳統(tǒng)制造中使用了數(shù)千種具有不同機(jī)械性能的鋼和鋼合金，但在3D打印中可能有幾十種，主要的鋼材包括：

• 不銹鋼（316L、304L、17-4 PH、15-5PH、420、254、PH1、GP1、630、410）
• 工具鋼（D2、M2、H13、H11、MS1、1.2709）
• 低合金鋼(4140)
• 表面硬化鋼(20MnCr5)
  

其中，最常用的是316L不銹鋼、304奧氏體不銹鋼、17-4PH和15-5PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼、18Ni300 (1.2709)馬氏體時(shí)效鋼和H13工具鋼。

圖片來(lái)源：GKN Additive

接下來(lái)我們將重點(diǎn)介紹工具鋼、馬氏體鋼和不銹鋼。

1、工具鋼和馬氏體鋼

工具鋼之所以廣泛應(yīng)用，源于其出色的硬度、耐磨性、抗形變能力以及在高溫下保持切削刃的能力。模具H13熱作工具鋼就是其中之一，它能夠承受不確定時(shí)間的工藝條件。

馬氏體鋼，以馬氏體300為例，又被稱(chēng)為“馬氏體時(shí)效”鋼，在時(shí)效過(guò)程中具有高強(qiáng)度、韌性和尺寸穩(wěn)定性，這些特點(diǎn)眾所周知。與其他鋼材不同的是，它們不含碳，屬于金屬間化合物，通過(guò)富含鎳、鈷和鉬的冶金反應(yīng)來(lái)硬化。

2、不銹鋼

不銹鋼是目前金屬3D打印應(yīng)用最廣泛的材料，常見(jiàn)的有奧氏體不銹鋼和馬氏體不銹鋼。不銹鋼具有優(yōu)異的防銹、耐磨、耐腐蝕等特性，且其強(qiáng)度超越許多鋼材，可適用于99%的工業(yè)應(yīng)用；同時(shí)，在相同重量下，不銹鋼材料通常價(jià)格最低，這是其最大的優(yōu)勢(shì)之一。

目前，用于金屬3D打印的不銹鋼主要包括三種：奧氏體不銹鋼316L、馬氏體不銹鋼15-5PH、馬氏體不銹鋼17-4PH。

3D打印鋼材的制作工藝

3D打印鋼材的強(qiáng)度、性能和應(yīng)用在很大程度上取決于使用的3D打印技術(shù)。某些方法可以生產(chǎn)出更堅(jiān)固的3D打印鋼部件，其他方法可以生產(chǎn)出更好的硬度或耐磨性，而有些技術(shù)則速度非?？?。

下面我們將介紹主要的金屬3D打印方法、它們的特性以及一些常見(jiàn)應(yīng)用的案例。

1、選擇性激光熔化(SLM)

選擇性激光熔化（SLM），又稱(chēng)粉末床激光熔融（LPBF），是最常見(jiàn)的金屬3D打印技術(shù)，約占金屬3D打印機(jī)市場(chǎng)的80%。

圖片來(lái)源：GE Additive

該技術(shù)選用激光作為能量源，按照切片模型中規(guī)劃好的路徑在金屬粉末床層進(jìn)行逐層掃描，掃描過(guò)的金屬粉末通過(guò)熔化、凝固，最終獲得模型所設(shè)計(jì)的金屬零件。SLM 3D打印技術(shù)能直接成型出近乎全致密且力學(xué)性能良好的金屬零件，其中鋼和鋼合金是SLM機(jī)器最受歡迎的材料，在商業(yè)上也擁有廣泛應(yīng)用。

圖片來(lái)源：毅速科技

以模具應(yīng)用為例，SLM3D打印技術(shù)在模具行業(yè)的應(yīng)用重新定義了冷卻水路。通過(guò)幾乎無(wú)所不能的水路設(shè)計(jì)，成功地解決了塑料制品生產(chǎn)中因冷卻不均勻而導(dǎo)致的變形、縮水和澆口區(qū)域高溫等問(wèn)題。在這一特定領(lǐng)域，毅速已經(jīng)通過(guò)他們自主研發(fā)的設(shè)備和材料積累了大量成功的應(yīng)用案例。

2、粘接劑噴射（Binder Jetting）

粘接劑噴射是另一種基于粉末床的3D打印技術(shù)。不同之處在于，它不是通過(guò)激光熔融的方式，而是使用噴墨打印頭將粘合劑噴灑到粉末上，以便在所選擇的區(qū)域內(nèi)將粉末粘結(jié)在一起，逐層疊加以制造出所需的物體。

圖片來(lái)源：GE Additive

粘接劑噴射也被認(rèn)為是金屬3D打印技術(shù)中最有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的方法，此外，金屬粘接劑噴射零件的材料特性與傳統(tǒng)金屬注射成型生產(chǎn)的零件相似。一些知名的制造商包括HP、GE Additive、Markforged、Desktop Metal以及武漢易制、共享裝備等。

圖片來(lái)源：武漢易制

報(bào)道稱(chēng)，蘋(píng)果正在采用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)制造其Apple Watch Series 9智能手表的鋼制底盤(pán)原型，隨后進(jìn)行去脂和燒結(jié)工藝以增加其致密性，最終通過(guò)精密加工獲得最終成品。

3、熔融沉積成型 (FDM)

通過(guò)FDM 3D打印結(jié)合注入不銹鋼粉末的線材，可以比其他任何方法更經(jīng)濟(jì)地制造固體金屬部件。目前市場(chǎng)上生產(chǎn)不銹鋼（316L，17-4 PH）金屬線材的材料供應(yīng)商包括巴斯夫Forward AM等公司。

圖片來(lái)源：Raise 3D

這些線材通常由大約80%的金屬和20%的塑料混合物組成。在打印完成后，需要進(jìn)行后處理工作，去除塑料，從而獲得類(lèi)似于金屬注射成型的金屬部件，但這可能會(huì)導(dǎo)致部件體積損失高達(dá)三分之一，因此在開(kāi)始打印之前需要考慮這一因素。


目前，包括Raise3D復(fù)志科技、UltiMaker、BCN3D等在內(nèi)的FDM 打印機(jī)制造商都有開(kāi)發(fā)相關(guān)設(shè)備。另一項(xiàng)技術(shù)使用的是具有更高濃度的金屬線材，能夠完成該材料打印的目前只有Markforged和Desktop Metal。

圖片來(lái)源：升華三維

線材并不是FDM 打印的唯一材料選擇，升華三維等少數(shù)公司提供使用金屬顆粒進(jìn)行擠出的FDM 3D打印機(jī)。上圖展示的正是通過(guò)升華三維的3D打印機(jī)，結(jié)合不銹鋼顆粒和金屬聚合物復(fù)合材料，首先打印出原型模型，然后通過(guò)脫脂和燒結(jié)工藝，制造出最終致密的不銹鋼金屬部件。

4、結(jié)合金屬沉積 (BMD)

結(jié)合金屬沉積（BMD）技術(shù)由Desktop Metal開(kāi)發(fā)，類(lèi)似于FDM，它使用金屬絲材料，通過(guò)電感等方式將絲材熔化，然后在靜電力或磁場(chǎng)等作用下控制噴嘴上液滴的表面張力，將金屬液滴在成形平臺(tái)上沉積，這一技術(shù)更接近于傳統(tǒng)的金屬注射成型（MIM）技術(shù)。此外，還需要后處理去除粘合劑以及在爐中進(jìn)行熱處理以進(jìn)行最終燒結(jié)。

圖片來(lái)源：Desktop Metal

目前，市場(chǎng)上使用這種方法的3D打印機(jī)并不多，主要包括Desktop Metal和Markforged 3D打印機(jī)。目前共有四種不同類(lèi)型的鋼材可選，這項(xiàng)技術(shù)主要用于制造鋼制原型零件，典型的應(yīng)用包括成型工具、沖壓模具、噴嘴、葉輪、固定裝置和熱交換器等領(lǐng)域。

圖片來(lái)源：Markforged

以醫(yī)療應(yīng)用為例，Shukla Medical公司采用Markforged Metal X金屬3D打印機(jī)與17-4 PH不銹鋼材料相結(jié)合，制造外科手術(shù)原型工具。這不僅縮短了制造時(shí)間，還允許更加復(fù)雜的形狀設(shè)計(jì)。

5、粉末床電子束熔融(EBM)

電子束熔融（EBM）是另一種粉末床熔化技術(shù)。其工作原理類(lèi)似于選擇性激光熔化（SLM），不同之處在于它使用更高溫的電子束而不是激光作為能源。再涂層器將一層粉末涂布在構(gòu)建平臺(tái)上，然后電子束有選擇性地熔化粉末的每個(gè)橫截面，每完成一層后，打印平臺(tái)板就會(huì)下降，逐層疊加形成物體。

圖片來(lái)源：GE Additive

EBM速度比SLM快得多，但制造出的零件表面光滑度和精度不如SLM。此外，EBM工藝是在真空室中進(jìn)行的，從而減少了可能導(dǎo)致缺陷的材料雜質(zhì)。這項(xiàng)技術(shù)最早由瑞典的Arcam公司開(kāi)發(fā)，后來(lái)該公司被GE Additive收購(gòu)。在國(guó)內(nèi)，代表性的企業(yè)包括西安賽隆增材和天津清研智束。

圖片來(lái)源：西安賽隆

目前，EBM電子束熔融技術(shù)在臨床骨科領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，包括椎間融合器、人工椎體、髖臼杯、植入物等，但主要以鈦合金為主要應(yīng)用材料。

6、冷噴涂

冷噴涂增材制造技術(shù)是一種基于高速粒子固態(tài)沉積的涂層制備方法。在這個(gè)過(guò)程中，噴涂粒子在固態(tài)狀態(tài)下與基體發(fā)生碰撞，經(jīng)歷劇烈的塑性變形，最終沉積形成涂層。這種技術(shù)在制備塊材和零部件時(shí)不會(huì)對(duì)基體產(chǎn)生熱影響，因此可以作為近乎凈成形技術(shù)，直接噴涂制備所需的材料和零件。

圖片來(lái)源：Impact Innovations

冷噴涂印刷材料不容易出現(xiàn)孔隙、熱裂紋或其他常見(jiàn)于熔融技術(shù)的問(wèn)題。相對(duì)于其他制造方法，冷噴涂無(wú)需進(jìn)行后處理，而且通常具有較小的碳足跡。目前，該技術(shù)被廣泛用于世界各地的軍事和航空航天修復(fù)應(yīng)用中。

圖片來(lái)源：超卓航科

以航空航天應(yīng)用來(lái)看，超卓航科是國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的掌握冷噴涂增材制造技術(shù)并將其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用于航空器維修和再制造領(lǐng)域的企業(yè)之一。他們將這項(xiàng)技術(shù)用于航空機(jī)載設(shè)備的維修業(yè)務(wù)，包括軍用和民用航空器的氣動(dòng)附件、液壓附件、燃油附件以及電氣附件的修復(fù)。

7、直接能量沉積(DED)和電弧熔絲增材制造 (WAAM)

直接能量沉積（DED）采用噴嘴將吹制粉末或焊絲送入，同時(shí)引入電源來(lái)熔化金屬，形成熔池，然后將其應(yīng)用到構(gòu)建基底上。DED通常適用于制造大型物體，也適用于需要大量加工的復(fù)雜幾何形狀。

圖片來(lái)源：MX3D

由于DED采用熔覆工藝，因此可用于向現(xiàn)有的鋼部件添加復(fù)雜的幾何形狀，從而將復(fù)雜性與成本的降低相結(jié)合。與DED相關(guān)的另一項(xiàng)技術(shù)是電弧增材制造（WAAM）。WAAM不使用粉末，而是使用金屬絲，通過(guò)電弧將其熔化，這個(gè)過(guò)程由機(jī)械臂來(lái)控制。

圖片來(lái)源：英尼格瑪

以無(wú)人車(chē)應(yīng)用為例，通常需要高度定制化的設(shè)計(jì)，特別是對(duì)于那些需要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以減輕重量并增強(qiáng)底盤(pán)強(qiáng)度的情況。然而，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的形狀往往非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的鑄造方法難以實(shí)現(xiàn)。英尼格瑪采用自研的電弧增材制造技術(shù)，使得制造高度定制化的無(wú)人車(chē)成為可能。

8、微型金屬3D打印

微型增材制造或微型3D打印能夠以幾微米（甚至更小）的分辨率來(lái)打印零件。有三種微型金屬3D打印方法用于制造金屬零件。

圖片來(lái)源：3D MicroPrint

電化學(xué)沉積是由瑞士Exaddon公司開(kāi)發(fā)的一種先進(jìn)的微型金屬3D打印工藝。在這個(gè)過(guò)程中，打印噴嘴將注入金屬離子的液體輸送，以在原子水平上構(gòu)建零件。

另一種微型金屬3D打印方法是微型選擇性激光燒結(jié)（μSLS），其中將一層金屬納米顆粒墨水涂覆到基材上，然后通過(guò)數(shù)字微鏡陣列圖案化的激光將納米顆粒加熱并燒結(jié)成所需的圖案。然后重復(fù)這一組步驟以構(gòu)建3D零件的每一層。

第三種微型金屬3D打印方法是金屬立體光刻技術(shù)，也稱(chēng)為基于光刻技術(shù)的金屬制造（LMM）。它利用光聚合原理，將金屬粉末均勻分散在稱(chēng)為漿料的光敏樹(shù)脂中，然后通過(guò)選擇性曝光逐層聚合。金屬立體光刻技術(shù)具有出色的表面質(zhì)量，主要用于微型3D打印。

最后，3D打印鋼材允許制造商以更靈活、高效和可持續(xù)的方式生產(chǎn)零部件和產(chǎn)品。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)計(jì)將會(huì)有更多新的應(yīng)用領(lǐng)域涌現(xiàn)。