3D打印金屬材料之不銹鋼

鋼是以鐵為主要成分的合金，在我們生活中有著比鋁還高的出現(xiàn)頻率。不銹鋼（StainlessSteel）的不銹性和耐蝕性是由于其表面上富鉻氧化膜的形成，材料比較堅(jiān)硬，還有多種顏色可選，如銀色、古銅色以及白色，常被用于SLM（選擇性激光熔化）技術(shù)的3D打印工藝中。

其實(shí)，不銹鋼的不銹性和耐蝕性是相對(duì)的。試驗(yàn)表明，鋼在大氣、水等弱介質(zhì)和硝酸等氧化性介質(zhì)中，其耐蝕性隨鋼中鉻含量的增加而提高，當(dāng)鉻含量達(dá)到一定的百分比時(shí)，鋼的耐蝕性發(fā)生突變，即從易生銹到不易生銹，從不耐蝕到耐腐蝕。

不銹鋼的特性如下：

1.  耐腐蝕性能好，比普通鋼長久耐用。

2.  強(qiáng)度高。

3.  耐高溫氧化，因此能夠抗火災(zāi)。

4.  容易塑性加工，且焊接性能好。

5.  光潔度高，維護(hù)簡(jiǎn)單。

傳統(tǒng)制造工藝（切削）加工不銹鋼材料主要有以下幾個(gè)難點(diǎn)。

1.切削力大、溫度高導(dǎo)致刀具磨損。

由于不銹鋼強(qiáng)度大，切削時(shí)切向應(yīng)力大，因而切削力大。加上材料導(dǎo)熱性差，造成切削溫度高，因此刀具容易磨損。

2.加工硬化嚴(yán)重。

部分高溫合金不銹鋼在加工切削時(shí)加工硬化傾向大，通常是普通碳素鋼的數(shù)倍，刀具在加工硬化區(qū)域內(nèi)切削，壽命會(huì)縮短。

3.容易黏刀。

不銹鋼均存在加工時(shí)切削強(qiáng)韌、切削溫度很高的特點(diǎn)。當(dāng)強(qiáng)韌的切削流經(jīng)前刀面時(shí)，將產(chǎn)生黏結(jié)、熔焊等黏刀現(xiàn)象，影響加工零件表面的粗糙度。

而SLM技術(shù)加工不銹鋼解決了傳統(tǒng)切削方式加工的弊端。3D打印不銹鋼材料使用SLM技術(shù)可制造不受幾何形狀限制的零部件，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)制造周期，可快速高效地進(jìn)行小批量復(fù)雜零部件的制造。3D打印的不銹鋼常被用在首飾、功能構(gòu)件和藝術(shù)品等領(lǐng)域。下圖的3D打印餐具，就是利用不銹鋼材料，最后在外表鍍銀制成。

3D打印鍍銀不銹鋼餐具

  

利用不銹鋼材料3D打印的藝術(shù)品（圖片來源：shapeways.com）

3D打印的不銹鋼復(fù)雜物件（圖片來源：azom.com）

利用不銹鋼材料打印的工業(yè)物件

直接打印不銹鋼飾品在國內(nèi)已經(jīng)有了較成熟的應(yīng)用。以前我們提到過，珠寶首飾行業(yè)應(yīng)用3D打印技術(shù)是非常早的，一般是用在蠟?zāi)５闹谱鳝h(huán)節(jié)，使用可鑄造的光敏樹脂或者蠟打印首飾蠟?zāi)�，然后再進(jìn)行失蠟鑄造做成金屬首飾。利用3D打印不銹鋼首飾大大提高了生產(chǎn)效率，時(shí)間縮短40%以上，生產(chǎn)成本降低了20%以上，尤其對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)、小批量個(gè)性化的定制加工更加容易。

3D打印首飾與傳統(tǒng)工藝對(duì)比

不銹鋼首飾（圖片來源：華曙高科）

不銹鋼也常被用于小型雕刻品的打印。如圖所示的物件中，不銹鋼成分里熔有30%的青銅。很顯然，青銅的添加改變了產(chǎn)品的最終色澤，呈現(xiàn)出青銅的深褐色外觀。

3D打印的不銹鋼飾物

Autodesk公司向來以強(qiáng)大的軟件著稱，幾個(gè)月前Autodesk展示了能打印不銹鋼材料的機(jī)械臂。這款3D打印機(jī)械臂是Autodesk下屬Pier 9工坊的研究項(xiàng)目。該工坊成立于2013年，位于美國舊金山。雖然目前，工坊并未透露有關(guān)這種機(jī)械臂的具體技術(shù)信息。