金屬3D打印技術(shù)自上世紀(jì)90年代中期誕生以來，目前已進(jìn)入高速發(fā)展階段。國家相關(guān)部門與傳統(tǒng)企業(yè)正積極推動3D打印與工業(yè)的深度融合，以拓展其市場應(yīng)用并助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。然而從現(xiàn)實情況看，金屬3D打印尚未形成完整產(chǎn)業(yè)鏈，制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是金屬打印材料的研發(fā)與應(yīng)用尚未成熟。那么，當(dāng)前最具價值的金屬3D打印材料究竟發(fā)展至何種階段？本文將系統(tǒng)梳理其核心進(jìn)展。

    機(jī)械零件與藝術(shù)品的雙重應(yīng)用

    金屬3D打印材料的市場應(yīng)用覆蓋了石油化工、航空航天、汽車制造、注塑模具、輕金屬合金鑄造、食品加工、醫(yī)療、造紙、電力、珠寶、時尚等多個領(lǐng)域。

    由于不同金屬3D打印材料的性能差異，其應(yīng)用領(lǐng)域具有特定性，因此材料選擇需綜合權(quán)衡應(yīng)用性、功能性、穩(wěn)定性、耐用性、美觀性及經(jīng)濟(jì)性等多重因素。值得注意的是，金屬3D打印效果不僅由設(shè)備參數(shù)決定，每種金屬材料均有其適用的極限場景，設(shè)計者需結(jié)合材料特性進(jìn)行針對性選擇。

    常用金屬3D打印材料類型解析

    目前，國內(nèi)外金屬3D打印機(jī)使用的金屬粉末主要包括工具鋼、馬氏體時效鋼、不銹鋼、純鈦、鈦合金、鋁合金、鎳基合金、銅基合金、鈷鉻合金等。以下為各類材料的核心特性與應(yīng)用場景：

    1.工具鋼與馬氏體時效鋼

    工具鋼的適用性源于其優(yōu)異的硬度、耐磨性、抗變形能力，以及高溫下保持切削性能的特性。例如，H13型熱作工具鋼能夠承受長時間工作的模具需求。

    以馬氏體時效300為例，馬氏體時效鋼憑借高強(qiáng)韌性、尺寸穩(wěn)定性及獨(dú)特的冶金工藝（不含碳，通過鎳、鈷、鉬的金屬間化合物反應(yīng)硬化）脫穎而出。該材料具有高硬度與耐磨性，適用于注塑模具、輕金屬合金鑄造、沖壓及擠壓模具，同時廣泛應(yīng)用于航空航天、高強(qiáng)度機(jī)身部件及賽車零部件等領(lǐng)域。

    2.不銹鋼

    不銹鋼根據(jù)鉻含量差異（最低10.5%）具備耐銹蝕特性。目前，金屬3D打印領(lǐng)域主要使用三類不銹鋼：

    奧氏體不銹鋼316L：強(qiáng)度高、耐腐蝕，可在寬溫域（包括低溫）下應(yīng)用，適用于航空航天、石油化工、食品加工及醫(yī)療領(lǐng)域。

    馬氏體時效不銹鋼15-5PH：兼具高強(qiáng)度、良好韌性及耐腐蝕性，可通過沉淀硬化進(jìn)一步提升性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、石化、食品加工、造紙及金屬加工行業(yè)。

    馬氏體時效不銹鋼17-4PH：在315℃下仍保持高強(qiáng)度與韌性，耐蝕性優(yōu)異，激光加工狀態(tài)下延展性良好。

    3.合金材料

    金屬3D打印中常用的合金粉末包括純鈦/鈦合金、鋁合金、鎳基合金、鈷鉻合金、銅基合金等：

    1）純鈦及鈦合金

    市售純鈦分為1級和2級粉末，2級強(qiáng)度更高且具備抗腐蝕性。純鈦2因生物相容性優(yōu)異，在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

    鈦合金是3D打印的關(guān)鍵材料，常用牌號包括5級鈦合金和23級鈦合金。5級鈦合金憑借強(qiáng)韌性、耐腐蝕性、低比重及生物相容性，在航空航天、汽車制造中表現(xiàn)突出；23級鈦合金純度更高，是牙科與醫(yī)用鈦的首選牌號，同時因高強(qiáng)度、低模量、抗疲勞等特性，被用于生物醫(yī)學(xué)植入物生產(chǎn)。

    2）鋁合金

    金屬3D打印常用鋁合金為AlSi12和AlSi10Mg。AlSi12作為輕質(zhì)材料，熱性能優(yōu)異，適用于熱交換器、汽車薄壁部件及航空航天原型/生產(chǎn)件；AlSi10Mg通過硅/鎂組合提升強(qiáng)度與硬度，尤其適合薄壁復(fù)雜幾何零件，兼顧熱性能與輕量化需求。

    3）銅基合金

    銅基合金（俗稱青銅）導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性良好，可結(jié)合設(shè)計自由度生成復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)與冷卻通道，適用于半導(dǎo)體器件模具插入件、微換熱器等需要高效冷卻及薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)的場景。

    通過以上梳理可見，金屬3D打印材料已在多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)深度應(yīng)用，不同材料憑借獨(dú)特性能滿足差異化需求，為3D打印技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程提供了關(guān)鍵支撐。