此前我們探討了3D打印領(lǐng)域應(yīng)用的多種材料，如銅、砂石、鋁化物等。本文將聚焦鈦金屬——這種在自然界中從未以純態(tài)存在的過渡金屬。其提取需通過金紅石（TiO?）和鈦鐵礦（FeTiO?）等礦物的復(fù)雜工藝，盡管最終可獲得99.9%純度的金屬，但高能耗仍制約著大規(guī)模生產(chǎn)。鈦常與其他金屬形成合金以提升性能，現(xiàn)已成為醫(yī)藥、航空航天及汽車領(lǐng)域增材制造的關(guān)鍵材料。本文將系統(tǒng)解析其特性、3D打印技術(shù)及應(yīng)用場景。

    鈦的核心特性

    鈦（符號Ti，原子序數(shù)22）憑借其多功能特性在材料領(lǐng)域占據(jù)重要地位。這種輕質(zhì)金屬兼具高強(qiáng)度與低毒性，在極端環(huán)境中展現(xiàn)出卓越的耐腐蝕性——可抵御鹽水、化學(xué)品及磨損。其機(jī)械性能接近鋼材，但重量減輕約40%，成為制造輕量化耐用部件的理想選擇。鈦的熱穩(wěn)定性尤為突出，既能承受600℃高溫，又可在超低溫環(huán)境下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。然而，鈦的加工難度較高，主要源于其低導(dǎo)熱性。加工過程中產(chǎn)生的熱量易在機(jī)床積聚，導(dǎo)致設(shè)備快速磨損，同時傳統(tǒng)減材工藝會產(chǎn)生大量廢料。面對這些挑戰(zhàn)，金屬3D打印技術(shù)正成為高效解決方案。

    3D打印常用鈦合金體系

    鈦在增材制造領(lǐng)域多以合金形式應(yīng)用，純鈦則因其生物相容性用于特定醫(yī)療場景。常見鈦合金包括：Ti6Al-4VGrade5（鈦、鋁、釩復(fù)合材料，耐熱性與耐腐蝕性優(yōu)異，是3D打印最常用合金）、Ti6Al-4VGrade23（專為假肢與醫(yī)療植入物開發(fā)，生物相容性進(jìn)一步提升）、鈦Beta21S（高強(qiáng)度抗氧化合金，用于骨科植入物及航空航天發(fā)動機(jī)部件）、Cp-Ti（純鈦，醫(yī)療領(lǐng)域?qū)Ｓ貌牧?，與人體組織相容性極佳）、TA15合金（含鈦、鋁、鋯，適用于航空發(fā)動機(jī)高溫部件制造）。盡管純鈦具備輕質(zhì)、耐腐蝕等優(yōu)勢，但其韌性、硬度及抗疲勞性相對較低，限制了在承受高載荷場景中的應(yīng)用，因此合金化成為主流選擇。

    主流鈦金屬3D打印技術(shù)

    鈦在增材制造中以粉末或絲材形式使用，常見工藝包括：定向能量沉積（DED，通過激光等能源熔化沉積的鈦粉末或絲材，實現(xiàn)近凈成形）、激光粉末床熔融（L-PBF，又稱直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）或選擇性激光熔化（SLM），利用激光逐層熔化金屬粉末，適用于高精度Ti6Al4V零件制造）、電子束熔融（EBM，在真空環(huán)境中使用電子束熔化鈦粉末，特別適合航空領(lǐng)域高強(qiáng)度部件生產(chǎn)）、粘結(jié)劑噴射成型（通過粘合劑粘結(jié)鈦粉末，經(jīng)燒結(jié)固化后形成部件，成本較低但精度有限）。

    技術(shù)挑戰(zhàn)與行業(yè)應(yīng)用

    鈦金屬3D打印雖前景廣闊，仍面臨多重挑戰(zhàn)：鈦合金材料成本顯著高于其他金屬；可用合金種類較少增加采購難度；打印后需進(jìn)行支撐去除、熱處理及拋光等復(fù)雜工序，延長生產(chǎn)周期并推高成本。在航空航天領(lǐng)域，該技術(shù)已成功制造渦輪葉片、支架等關(guān)鍵部件，其輕量化與耐極端溫度特性備受認(rèn)可。醫(yī)療行業(yè)則利用鈦的生物相容性，通過3D打印定制假肢與個性化植入物，顯著縮短手術(shù)時間并提升治療效果。汽車工業(yè)通過鈦合金部件減輕車身重量，提高燃油效率，應(yīng)用范圍覆蓋發(fā)動機(jī)、排氣系統(tǒng)至底盤組件。此外，該技術(shù)還在工具制造、模具開發(fā)等領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢，支持復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高效生產(chǎn)。