金属3D打印/增材制造的现状及

如果说5年前，金属3D打印还主要用于制造一些看起来“笨笨”的，“毛毛”的产品，那么如今的金属3D打印则“脱胎换骨”，更多的用于生产像发动机关键零部件，复杂的航空控制阀这样的零件。

在金属3D打印快速发展的今天，对于企业来说，既要跟上节拍，抓住机遇，又要注意方向，防止高速发展中出现跑偏，那么有哪些可以借鉴和参考的行业共识与标准呢？本期，继续上期话题，一起来领略金属合金3D打印/增材制造的现状与现行使用的国际标准以及正在开发的国际标准。

“接上期”金属3D打印/增材制造的现状及国际标准（上）

图：现行的金属组分分析标准，适用于3D打印金属粉末

另外一种常见的合金是钢粉，常用的是工具钢和不锈钢。

工具钢的适用性来源于其优异的硬度、耐磨性和抗变形能力。其中，由于高硬度和耐磨性，马氏体300适用于许多模具的应用（注塑模具、轻金属合金铸造、冲压和挤压）也为各种高性能的工业工程部（航空航天、高强度机身部件和赛车所应用）。

不锈钢与碳钢不同，目前的铬含量不同，最低的钢合金具有10.5%铬含量，不锈钢不容易生锈腐蚀。奥氏体不锈钢具有高强度和耐腐蚀性。316L可在很宽的温度范围内下降到低温。它可用于航空航天、石油、天然气等多种工程应用，也可用于食品加工和医疗等领域。

金属3D打印不锈钢除了马氏体不锈钢还有ASM 300系列奥氏体不锈钢，包括316L和304L。奥氏体不锈钢的高强度和耐腐蚀性。316L可在很宽的温度范围内下降到低温。它可用于航空航天、石油、天然气等多种工程应用，也可用于食品加工和医疗等领域。

与先前描述的合金类似，这两种不锈钢最初作为金属打印材料是因为工业用途范围广泛，这些钢通常用于航空航天部门，或用于医疗设备，并在重工业，如石油和天然气领域应用广泛。

对于奥氏体不锈钢，316L是迄今为止最常用的金属材料。作为一个标准的工业合金，特别是在一些酸性环境中具有优秀的表现，并且具有优越的强度相比。这些单相不锈钢是非热处理的，这意味着它们的强度不能通过通过增加热处理来获得提高。一些报道的数据表明，700MPa的抗拉强度是可以实现的，但大多数用户的报告都在600MPa左右。

还有一种“多才多艺”的合金是钴铬钼合金，简单称为钴铬，在牙科部门最为普遍。这是ISO 5832合金的衍生物，或ASTM F75，历史渊源为钨铬钴合金?合金，它最初是作为整形外科植入物用铸造合金。但是用于牙科的合金不同于用于植入物的钴铬合金，因为它含镍（Ni）的自由基，并有更多的钨（W）的成分。牙科合金具有很好的强度（＞1300MPa,消除应力后），并且具备很好的生物相容性，与陶瓷涂层不易的分离。3D金属打印可以将这种材料制成牙桥、牙冠等产品，与传统制造技术相比具有缩短制造流程、提高精度、降低成本的优势。

其他高温合金主要是基于Ni基合金，Inconel有两个最常见的型号是625和718。使用合金的选择通常取决于最大工作温度和强度要求的组合。这些镍基合金具有高合金含量，能够承受各种各样的严重腐蚀环境。即使在更严重的腐蚀环境中，镍和铬的组合可以耐氧化化学反应，钼的存在使这些合金抗点蚀和缝隙腐蚀，铌行则在焊接过程中防止随后的晶间应力腐蚀开裂。

图：ASTM关于X射线和CT检查的标准

*ASTM E07.02对于增材制造确定缺陷提供了大量的参考

图：现行标准

ASTM F42关于钛合金，镍基合金的粉末标准及加工标准，F2924,F3001,F3049,F3055,F3056

ASTM F42关于钢、不锈钢、相关合金热等静压的标准，A1080

图：正在开发的标准

ASTM F42关于粉末床融化工艺加工铬钼合金(UNS R30075)的详述,WK51329

ASTM F42关于铝合金热等静压的新指南，WK47205

ASTM F42关于粉末床融化工艺加工不锈钢合金(S31603)的详述，WK48732

ASTM F42关于粉末床融化工艺加工AlSi10Mg的详述，WK53423

图：ASTM F42关于通过粉末床激光融化技术加工不锈钢合金的标准，F3184

图：SAE将出台的通过粉末床激光融化技术加工镍基超合金625的航空零件增材制造标准

图：ASTM F42将于2017年出台更多关于镍基超合金的激光粉末床融化加工标准

总体来说，625在温度高达约815条件下依然提供优良的负载性能，此外，耐腐蚀性能，这种合金广泛应用于需要高的点蚀、缝隙腐蚀和耐高温的行业，例如航空航天，化工和电力工业中的应用。713具有优异的抗热疲劳性能，以及在927°C的特殊断裂强度，非常适合于喷气发动机燃气轮机叶片。718具有优异的耐腐蚀性以及良好的耐热和拉伸，疲劳，蠕变性能，Inconel 718适合各种高端应用包括飞机涡轮发动机和陆基涡轮机（叶片，环，套管，紧固件和仪表零件）。其他高温合金包括哈氏C276和Mar-M247。

铝合金方面，铝硅AlSi12-铝硅12是一种具有良好的热性能的轻质增材制造金属粉末。典型的应用是薄壁零件如换热器，或其他汽车，航空航天和航空工业级的原型及生产零部件。而AlSi10Mg-硅/镁组合带来显著的强度和硬度的增加。这种铝合金适用于薄壁，复杂的几何形状的零件，是需要良好的热性能和低重量场合中理想的应用材料。零件组织致密，有铸造或锻造零件的相似性。

图：现有的关于表面质量与表面处理的标准

其他纯金属粉末和合金铜（Cu）、钨（W）、钽（Ta）也经常出现在金属3D打印研究或专业商业工业应用。新的金属和合金将不断涌现，金属打印系统不断获得改进。作为金属3D打印企业来说，重要的是结合市场的需求，在一个应用点上深挖，形成自己的一套方法。

图：ASTM F42关于DED直接能量沉积加工技术的标准指南，F3187-16

图：ASTM F42关于设备与检测技术之间的增材制造术语标准，ISO/ASTM 52921

图：ASTM 正在开发的标准

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