金属材料3D打印技术浅谈

牛留辉

广东汉邦激光科技有限公司 广东中山 528427

摘要：近年来我国科学技术水平有了很大的提高，各种先进技术也逐渐被应用到人们生活的方方面面当中，3D打印技术就是其中一项，在我国各行各业中都出现了3D打印技术的身影，而随着近年来我国建筑行业以及医疗行业，对3D打印技术的需求开始逐渐衍生出了，金属材料3D打印技术相较于普通的3D打印技术而言，金属材料3D打印技术的区别就在于传统的3D打印技术使用的是塑料材质，而金属材料3D打印技术打印出来的模型是金属。

关键词：金属材料；3D打印技术

金属材料，3D打印技术，近年来在我国也有着非常广泛的应用在教育行业，医疗行业，科研领域以及航空航天当中，都可以看到金属激光3D打印技术的身影，尤其是近年来我国的科学技术非常发达，将金属3D打印技术与立体建模结合起来，就可以将平面的二维数据转化成立体的三维数据，通过控制激光光束连成点线，就可以将我们所需要的模型打印出来。所以技术才航天领域的应用广泛，因为利用金属材料，3D打印技术可以快速的打印出一些飞机上所需部件的细小模型。

1. 金属3D打印技术介绍

激光选区熔化（SLM）金属3D打印机工作原理为：将三维模型进行切片，每片厚度约几十微米，然后把片状二维平面数据，使用路径规划软件进行逐层填充，接下来，设定好激光扫描路径，振镜按此路径扫描，控制激光束以点成线、线成面，选择性的熔化金属粉末，未经激光熔化粉末保持原状，一层加工完毕，粉料缸上升，成型缸下降，铺粉装置将粉末从粉料缸转移到成型缸，激光将新铺到的粉末选择性熔化，与上一层结合为一体，重复此过程，打印出与三维模型相同的金属零件，如图1所示。金属3D打印技术主要可以分为三类，第一类：粉末床熔合技术。金属粉末床熔合是一种3D打印过程，可产生固体，使用热源一次将金属粉末颗粒一次融合在一层之间。大多数粉末床融合技术都采用在构造物体时添加粉末的机制，从而将最终组件封装在金属粉末中。该技术优点是可塑造坚固的功能部件，完成复杂的几何模型制作；劣势是体积小、铸件成型慢。第二类：材料喷射工艺。材料喷射是一种3D打印过程，其中材料滴被选择性地沉积在固化板上并固化。 使用在光线下固化的光敏聚合物或蜡滴，可以一次将物体堆积一层。材料喷射过程的性质允许在同一对象中打印不同的材料。 该技术的一种应用是用与要生产的模型不同的材料制造支撑结构，通常可应用于注塑模样、医学模型等。第三类：直接能量沉积。直接能量沉积-DED技术，由激光在沉积区域产生熔池并高速移动，材料以丝状或粉末直接送入高温熔区，熔化后逐层沉积，称之为激光直接能量沉积增材制造技术。直接能量沉积技术包括激光、电子束、等离子等几种不同的热源。

图1金属3D打印技术原理图

2. 金属3D打印技术的应用问题

1. 应用范围不广

虽然金属3D打印技术随着我国科学技术的发展，已经逐渐走进了各行各业人员的视野中，但不可否认的一个问题是，金属3D打印技术虽然在各种高端行业中有着非常广泛的应用，但是在一些我们所常见的日常生活方面，并没有那么大的应用范围。 主要原因有两个，第1个就是金属3D打印技术的成本比较高，普通的行业对金属3D打印技术虽然会有一定的需求，但是碍于其自身的成本问题就没有进行广泛应用。第二个主要的原因就在于我国的一些普通行业，虽然会有对金属三d打印技术的需求，但是对这一技术却没有相应的了解，例如在工程建筑当中有一些细小的部件模型，利用金属3D打印技术是可以快速完成的，但是相关负责人员由于文化水平或者是知识积累等其他方面的问题，对金属3D打印技术并不了解，这也就导致了金属3D打印技术在普通行业中应用范围不广泛的问题。

2. 缺乏技术人员

在金属3D打印技术应用过程中存在的另一个问题，就是缺乏相关的技术人员金属材料，3D打印技术和普通的3D打印技术还是存在一定差别的，但是将三维模型进行切片后，再把片状二维平面数据应用。相应的软件进行逐层填充，而且在材料上和普通的3D打印技术也存在着本质的区别，所以说操作起来就比较复杂，必须要经过专业学习的技术人员才能够进行操作。但是就我国目前的发展状况来看，针对金属材料3D打印技术的专业人员少之又少，虽然在金属材料3D打印技术中还存在一系列的缺点，例如体积小，成型慢等问题，。但是这样的金属材料，3D打印技术也必须要由专业人员进行操作，普通人员根本就没有办法发挥出真正的作用。

二、金属3D打印技术的应用领域

（一）医疗领域

金属材料3D打印技术，在我国医疗领域一直以来都有着非常广泛的应用，对于普通的医院设备管理方面，利用金属三d打印技术可以模拟出设备当中所缺少的一系列细小零件，这就在很大程度上避免了设备停止运行的麻烦，尤其是医院当中有一些大型设备维修起来非常费时费力，如果利用金属材料3D打印技术就可以快速修复这些损伤，除此之外金属三d打印技术在牙科也有着非常明显的应用，尤其是在金属牙冠打造的过程中，利用传统的铸造方式，不仅要从印模、铸造到完成等一系列的步骤，还会耗费大量的时间，但是如果利用3D打印技术，从口腔模型到扫描一直到热处理，一直到完成会略去很多步骤，就会节省很多时间。

（二）生活领域

在生活方面的应用，金属3D打印技术，可以用于定制耳机或者是定制戒指。因为三d打印技术自身有着非常良好的可塑性，利用3D打印技术可以更好的符合客人的要求，尤其是在各种小饰品方面利用金属3D打印技术，可以快速实现自己的设计想法，并且满足客户个性化定制的需求。除了可以实现各种食品的个性化定制以外，金属材料3D打印技术也可以保证力学性能，在这一基础上实行轻量化结构设计，相较于普通的金属产品而言，在重量上可以减轻30%~50%，还可以自己任意锻造非规则弧面和自由空间结构。

3. 教育领域

在未来的发展中，金属材料3D打印技术在教育领域也会有着非常广泛的应用，尤其是在教育实践教学中，学生在做实验时，完全可以应用金属材料3D打印技术，选择合适自己的实验器材。教师也可以通过金属材料3D打印技术来自行设置一些教学用具。尤其是在物理化学等需要实验教学的科目，可能在传统的实验器材中存在一些缺点，而且每个实验不同所要求的教材也就不同，教师就可以利用金属材料，3D打印技术来制造出符合自己实验实际情况的教学用具，这样一来也就可以从根本上提高教学效果。

结束语：

在应用金属材料3D打印技术的过程中，相关负责人一定要对金属三d打印技术原理有一定的了解，并且明确金属3D打印技术的应用问题，例如应用范围不广泛，缺乏技术人员等，借助三d打印技术，在我国的医疗领域，生活领域，还有教育科研领域，都有着非常广泛的应用，在未来的发展中活泼的科学技术手段，会越来越发达，金属三d打印技术也会逐渐应用到我们社会的其他发展方面当中。

参考文献：

[1] 柳朝阳, 赵备备, 李兰杰,等. 金属材料3D打印技术研究进展[J]. 粉末冶金工业, 2020(2):7.

[2] 屈华鹏, 张宏亮, 冯翰秋,等. 金属材料增材制造(3D打印)技术的局限性[J]. 热加工工艺, 2018, 047(016):1-6,12.

[3] 王元飞, 王宁, 李伟刚. 一种3D打印金属材料:, CN111534709A[P]. 2020.

[4] 陈志茹, 夏承东, 李龙,等. 3D打印材料[J]. 金属世界, 2018(5).

[5] 陈志茹, 夏承东, 李龙,等. 3D打印材料[J]. 金属世界, 2018.