3D打印可以使用什么金属？

金属3D打印正在以前所未有的速度彻底改变制造世界，将设计和工程师从传统的束缚中解放出来。来自高性能航空航天部件对个人医疗器械对于复杂、轻量化的工业设备，准确的金属材料选择是解锁这些用途的大门。这篇文章完全解决了上面的问题3D打印金属钛合金、铝合金、不锈钢、高温合金、工具钢和贵金属等材料的特性、适当的工艺和主要使用领域，释放出金属增材制造的无限潜力。

快速参考：选择您的水龙头一目了然

金属类型	主要特征和典型用途
钛合金（Ti6Al4V）	强度重量比高，生物相容性好；航空航天结构件、高性能车辆部件、正交
铝合金（AlSi10Mg、Scalmalloy）	高导电性、导热性，重量轻；车辆零部件、轻量化、无人机底盘、宇宙飞船面板。
不锈钢（316L、17-4PH、15-5PH）	高耐腐蚀性、优良的机械性能；食品加工设备、船用五金零件、刀架、医疗器械以及工业管道和阀门。
高温合金（铬镍铁合金 718/625、哈氏合金 X）	高温强度高、抗氧化、抗蠕变；飞机发动机部件（涡轮叶片的叶轮）、燃气轮机、火箭发动机和高温炉。
工具钢（H13、马氏体时效钢300/350）	高硬度、高耐磨性、高热处理强度；用于注塑、压铸模具、切削工具和高性能功能的嵌件
贵金属（金、银、铂）	高价值、独特品质（导电性、生物惰性、催化活性）；在珠宝、特殊电子触点和特殊医疗/研究设备中的应用。
铜合金（纯铜、CuCrZr）	优良的导电性和导热性；应用于散热器、热交换器、感应线圈、电机绕组和导电连接器。
钴铬合金（CoCr）	优越的耐磨性、强度高、生物相容性好；牙科修复体申请（牙冠/牙桥）

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钛合金：轻量化、高强度之王

Ti6Al4V（5级&23级）及其他钛合金详细介绍

钛6铝4V

它也被称为TC4钛合金，是典型的α+β钛合金。其化学成分主要由：以钛（Ti）为基体；铝 (Al) (6%) 可增强合金的强度和热稳定性；和钒（V）（4％）以提高塑性和耐腐蚀性。 Ti6Al4V 结合了众多优点，包括强度、韧性、耐热性、耐腐蚀性以及低密度。它是世界上应用最广泛的钛合金，占全球钛合金使用量的50%以上。简单来说，它比铝更硬，比钢更轻，比不锈钢更耐腐蚀。

5 级（Ti-6Al-4V）

5 级 (Ti-6Al-4V)，主力牌号，应用最广泛主力钛合金因为它提供了拉伸强度（≥895 MPa）、屈服强度（≥830 MPa）和逐渐高的延展性（伸长率≥10%）的最佳组合。低间隙原子含量牌号 23（Ti-6Al-4V ELI，超低间隙原子）在不降低高强度（拉伸强度≥828 MPa）的情况下显着提高断裂韧性和损伤容限。它特别适合需要最大可靠性、高抗多轴应力或低温使用的安全关键承载结构部件，例如深海油井勘探立管、航空部件和关节假体。

除Grade 5和Grade 23系列外，钛合金家族还包括高强度和耐用TC21（抗拉强度≥1100 MPa）、耐高温TC11（-可在500°C内使用）和商业纯钛TA1/Ti Grade 2（-良好的耐腐蚀性和成型性，常见于化学工程和通用材料）医疗应用）。合金均真正控制了Al、V、Ru、星际元素（O、N、C、Fe）等组成元素的含量，满足不同严苛使用环境对高强度、高韧性、高耐蚀性、良好焊接性、高生物相容性的需求。

特征

强度重量比高、耐腐蚀性高、生物相容性好。 Ti-6Al-4V 钛合金提供了机械、腐蚀和物理性能的理想平衡。

强度重量比高：虽然钛合金的密度仅为4.43克/立方厘米，仅为钢的60%，但钛合金的比强度与高强度合金钢相当，甚至超过。因此，承受类似载荷的钛合金部件的重量明显减轻了 40% 以上。其屈服强度通常为 800-880 MPa，使得材料展品，即使在较高的应力下，也能发生延性变形，并且因脆性而失效的可能性要小得多。

耐腐蚀性好：在氢氟酸、乙酸、甲酸等腐蚀性介质中，其表面极快附着一层钝化氧化钛薄层，使其具有良好的耐腐蚀性，从而使其可用于化学用途以及水气氛中。

更高的生物相容性：钛合金，特别是23级ELI，对人体组织不致敏、无毒、无磁性。钛合金的弹性模量非常接近人体骨骼的弹性模量，可大大减少应力屏蔽并实现更好的骨整合。通过表面处理（例如， 氮化钛涂层），因此有利于人工关节（髋关节、膝关节）、接骨板、接骨螺钉、种植牙、高级颅颌面种植体等。全球首例“3D打印全颈椎椎体置换术”中使用的定制钛合金假体植入物在患者体内使用了8年，回到了高标准生活，展现了其高水平的生物相容性和长久的使用寿命。

相关工艺：钛合金在 3D 打印的情况下更加精确和高效，从而具有设计定制组件的潜力，例如， 可持续发展管理、EBM 和 DED。

应用：由于其优异的性能，钛合金已成为一系列高性能应用的旗舰产品，从航空航天支架、发动机零件、医疗器械关节置换、颅颌面植入物、高性能赛车到运动器材。

不锈钢：耐腐蚀和工业应用的支柱

316L（耐腐蚀）、17-4PH/15-5PH（沉淀硬化）、304L、420等详细说明

316L不锈钢

和316L不锈钢作为含钼不锈钢，与304不锈钢相比，它具有更高的耐腐蚀性，因此是纸浆和工业设备的合适材料。 造纸。 316 不锈钢还可耐受恶劣的工业和海洋环境。 316L 不锈钢的抗碳化物沉淀能力也比 316 不锈钢长，因此适合高温应用。作为316钢的低C合金，316L具有与316钢相同的属性，但具有增强的耐晶间腐蚀性能。这是 316 钢应用的具体要求，其中耐晶间腐蚀性是一个重要参数。在所有不锈钢形式中，316L和17-4PH通常被认为是3D打印的黄金搭档。在所有这些形式的不锈钢中，316L 具有更好的耐腐蚀性和增强的生物相容性，在医疗应用中表现良好。

17-4PH / 15-5PH（沉淀硬化）

不锈钢15-5是一种具有多种用途的马氏体不锈钢。它非常适合需要比其他马氏体具有一定程度增强的耐腐蚀性和横向性能的项目。然后可以改变热处理温度以改变单个项目所需的强度和硬度程度。

17-4PH 是一种沉淀硬化合金马氏体不锈钢具有高硬度和强度以及高达 600°F 的中等耐腐蚀性的合金。它具有有用的制造品质，并且可以通过一次 900-1150°F 退火进行时效硬化。这种合金广泛应用于油田和石化加工设备、配件和硬件中。

304L不锈钢

它是低碳含量的304合金钢。 304L的碳含量较低，可减少焊接过程中有害碳化物的析出。为此，304L“可以焊接的“在恶劣的腐蚀环境中无需退火。该牌号的机械性能略低于标准 304 牌号，但由于其多功能性而被广泛使用。 304不锈钢，它通常用于酿造和酿酒行业，但也可用于创建非食品工业产品应用，包括化学品储存容器、采矿和建筑。它非常适合用于暴露在海水中的螺母和螺栓等金属部件。

304L 在非应用用途中享有稳定的需求，例如原型制作因为它的成本竞争力。 420 级钢是一种高碳马氏体不锈钢，铬含量最低为 12%。 420 级钢和一般不锈钢可以通过热处理从其初始状态硬化。 420钢在退火状态下，具有较高的延展性，抛光后、表面磨削后或淬火后的耐腐蚀性能极佳。 420级钢非常适合任何类型的精密机器、轴承类用途、电气设备、仪器、仪表、车辆运输、厨房用具、食品服务和不锈钢医疗器械。

特性：非常高的耐腐蚀性，优异的机械性能或可热处理至高强度，且成本相对较低。

应用工艺：由于其高强度、耐腐蚀、可热处理至高强度以及与大众流行的兼容性金属 3D 工艺例如 SLM、DED 和粘合剂喷射，不锈钢众所周知3D打印金属。

应用：化工、食品、海洋工业管道阀门、医疗器械、工具或模具件、建筑五金件和通用功能件。

高温合金：极端环境的守护者

广泛概述镍基和钴基合金，例如 Inconel 718、Inconel 625、Hastelloy X 和 Haynes 282。

铬镍铁合金718

它是一种高性能镍合金，主要用于腐蚀和高温环境。它提供高强度、耐高温、耐腐蚀和最高阶可焊性和可加工性。它的化学成分中镍、铬、铁和其他合金含量较高，具有很强的耐热性和抗氧化性。

铬镍铁合金625

它是一种镍基合金，含有镍、铬、钼以及微量的钛和铝。它表现出良好的耐腐蚀性和高温特性。由于其具有很强的耐腐蚀性和抗氧化性，因此其性能足以在各种恶劣环境中使用。
哈氏合金X是一种钼铬高温合金，铁含量高，是一种固溶强化合金。

哈氏合金X

它具有抗氧化性和耐腐蚀性，即使在高温（例如低于 900°C）、渗碳和渗氮气氛以及中性和还原性气氛下也具有高蠕变强度和韧性。

海恩斯282合金

它是一种先进的 Y 级强化高温合金，专为高温结构服务而开发，特别适合航空航天中的地面和涡轮发动机使用。与其他材料相比，它在可焊性、热稳定性、蠕变强度和机械加工性方面实现了出色的平衡商业合金。

性能：突出的高温强度、高抗氧化、抗蠕变、抗腐蚀能力。

适用流程： SLM、EBM，在 DED 方面具有特殊专业知识

应用：航空发动机应用、热段燃气轮机部件（涡轮叶片、燃烧室）、火箭发动机部件、核电部件、高温炉。

工具钢和模具钢：耐磨耐用

详细介绍：H13（热作）、马氏体时效钢300/350（时效硬化）、18Ni300、M2（高速钢）、Toolox 33/44等。

H13

它是一种合金工具钢，也是一种高速工作钢，主要应用于高温高压模具，如热锻模具、铝合金铸造模具、热挤压模具等。 H13具有较高的热强度、红硬性和韧性以及优异的抗热疲劳性能，因此在高温下使用性能非常好。

性能：硬度大、耐磨性大、耐高温能力大（热作钢）；热处理后具有极高的强度（马氏体时效钢）。

马氏体时效钢 300/350（时效硬化）

时效硬化钢或马氏体时效钢 300/350 是一种由低碳或自由碳马氏体基体组成的高强度钢，通过时效时金属间化合物的沉淀来实现硬度。它不像传统的高强度钢那样通过碳来获得硬度，而是通过金属间化合物的沉淀和分散来获得硬度，因此，它不同于常规钢在几个方面。特点包括高强度、高韧性、低淬透性、良好的成形性、易于热处理、时效时不变形、焊接性良好。

18Ni300

它是 Maraging 300 系列的合金，具有其成分和品质。其主要优点是在低温老化时变形最小，以实现精密部件的尺寸稳定性；它的冷加工淬透性低，这确保了它是复杂零件的理想选择。冲压成型。其应用在导弹外壳、高输出赛车连杆、精密零件等。铸造丸模。

M2（高速钢）

它是以钼为基础的高速工具钢，主要成分是碳、钼、钨、铬和钒的合金。这种钢具有高耐磨性、抗冲击性和耐高温性（保持性能至 600°C），可用于切削工具、模具、高强度部件制造。该钢具有碳化物分布均匀性高、韧性高的特点，但容易过热，需要严格控制热处理参数。添加终极稀土元素铈，可细化碳化物的晶粒尺寸，减少合金偏析，并增强高温性能和加工性能。

工具牛 33/444

Toolox 33/44 是一种革命性的可热处理钢，在工厂中预硬化至 HRC 33 (Toolox 33) 和 HRC 44 (Toolox 44)，从而消除了热处理成本和周期时间。该钢具有加工效率高、直接切削速度高、速度快、良好的电火花加工性能和抛光性能，可减少三分之一的抛光时间，具有高加工效率。兼容的表面处理进一步优化了耐磨性。在大尺寸中，它通常用于注塑模具、汽车冲压模具和机器人夹具，减少交货时间。

适用工艺： SLM、EBM，尤其擅长 DED。

应用：注射/压铸模具镶件，特别是那些具有随形冷却通道、冲压/成型模具、切削工具、及耐磨零件。

贵金属和特种合金：满足独特需求

黄金、白银和白金

它们是满足 3D 打印独特需求的贵金属。
珠宝：珠宝在标准室温和压力下必须具有化学惰性，并且能够抵抗水和空气的主要成分的腐蚀。黄金的化学稳定性非常好。银是具有金属外观的白银，很容易获得，而且价格便宜，已成为珠宝的最爱选择。铂金是白金，呈银白色金属外观，具有高延展性，耐腐蚀性强酸和强碱腐蚀，并具有极高的熔点。

特殊电子触点： In电子微触点、金抗电弧侵蚀；银可以抵抗电迁移的抑制；铂金可抵抗高温氧化。同样，此类贵金属也被用于核磁共振成像机中的航空继电器触点和铂超导体连接器。

用于研究的生物医学设备：植入传感器（金）、铂抗癌药物释放装置和抗菌银表面。

铜合金（纯铜、CuCrZr）

具有高导电性和导热性，用于电机部件、散热器、热交换器和感应线圈。钴铬合金 (CoCrMo) 极其耐磨且具有极高的生物相容性，被用于牙科修复以及某些骨科植入物。

适当的工艺： SLM（需要特殊参数）、BJ（有价金属）和DED（铜）。

常见问题解答

1. 3D打印金属部件的强度与锻造部件相似吗？

是的。适当的后处理优化工艺，例如通过热处理，可以使最终的结果金属零件通过 SLM 或 EBM 等工艺生产的零件，其强度和疲劳度达到甚至超过了传统的锻造零件类似物。

2. 能否替代传统制造（例如，铸造和数控）完全用金属3D打印？

还没有，还不能。它更适合复杂形状、短期生产定制以及难以加工的合金。然而，使用传统方法大规模生产普通零件成本更低、速度更快，而且两种工艺是互补的。

3. 3D打印金属需要后处理吗？

是的，除了极少数例外，所有金属 3D 打印组件都需要进行后处理。与金属 3D 打印相关的常见工艺包括支撑结构去除、应力消除、热处理、表面精加工（机械加工、抛光、喷砂）和 HIP（旨在提高密度并消除毛孔）。

4. 金属3D打印的成本是否会因为材料成本而更高？

其成本通常明显高于制造它的棒材或金属块的成本。它增加了不可忽略的成本金属3D打印，尽管它的总体性价比需要作为一个整体来评估，以及它的设计自由度和节省材料的作用。

概括

金属3D打印材料库持续呈指数级增长，从传统的钛合金、铝合金、不锈钢和高温合金，到稀有工具钢、贵金属，再到铜合金。它们中的每一种都以单独的组合提供了一系列特性，例如强度、轻量化、高温性能、耐腐蚀性、导电性、热性能和特定高科技应用的生物相容性。突破性技术能够有效地将所述材料加工成高度复杂的几何形状，这是传统工艺、改变设计、原型，并制造高性能组件。

当突破性的设计限制成为您的问题时，轻量化、缩短交货时间或加工难切削材料就是您的挑战，您的金属3D打印和材料选择是解决方案的动力。深入了解材料的特性和应用是解锁这种范式转变技术以实现创造和差异化的关键。选择正确的金属可以让我们获得无限的增材制造能力！

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