3D打印金屬材料之鎳基合金和鈷鉻合金

今天為你帶來的知識(shí)分享是鎳基合金和鈷鉻合金。鎳基合金是一種優(yōu)異的航天材料，鈷鉻合金是一種理想的人體植入物材料。其中鎳基合金材料尤其適用于SLM成型技術(shù)，在ExOne的3DP（粘合劑噴射成型）技術(shù)中也有廣泛應(yīng)用。

1 鎳基合金

鎳基合金（Nickel base alloy）是指在650～1000℃高溫下有較高的強(qiáng)度與一定的抗氧化腐蝕能力等綜合性能的一類合金。與鐵基合金和鈷基合金相比，鎳基合金可工作在高溫和高應(yīng)力環(huán)境下，具有良好的力學(xué)性能、抗氧化、耐熱腐蝕性能。隨著航空事業(yè)的發(fā)展，3D打印的鎳基合金物件因其優(yōu)良的性能，被用于制備航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪盤、渦輪葉片等熱端部件，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性和熱效率，使得航空發(fā)動(dòng)力具有更大的推力。含鈦50%的鎳合金，形狀記憶效果好，多用于制造航天器結(jié)構(gòu)件、人造心臟馬達(dá)等。

美國(guó)利用3D打印技術(shù)制備的IN718鎳基高溫合金轉(zhuǎn)子（圖片來源：Machine Design）

3D打印的鎳基合金工業(yè)部件（圖片來源：ExOne）

3D打印的鎳基合金飛機(jī)部件（圖片來源：3dprintingindustry.com）

2   鈷鉻合金

鈷鉻合金（cobalt-chromium alloy）是指以鈷和鉻為主要成分的高溫合金，它的抗腐蝕性能和機(jī)械性能都非常優(yōu)異，用其制作的零件強(qiáng)度高、耐高溫，且有杰出的生物相容性，最早用于制作人體關(guān)節(jié)，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用到口腔領(lǐng)域。由于其不含對(duì)人體有害的鎳元素與鈹元素，3D打印個(gè)性化定制的鈷鉻合金烤瓷牙已成為非貴金屬烤瓷的首選。

鈷鉻合金在牙科的應(yīng)用（圖片來源：3ders.com）

傳統(tǒng)鑄造工藝生產(chǎn)的鈷鉻合金產(chǎn)品收縮率大，與初始模型相比誤差大較大，而采用3D打印技術(shù)制造的鈷鉻合金零部件，強(qiáng)度高、尺寸精確，能制作的最小尺寸可達(dá)1mm，故其零部件機(jī)械性能比鍛造工藝制成的產(chǎn)品好很多。

3D打印的鈷鉻合金航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪（圖片來源：上海航天技術(shù)研究院）

3  液態(tài)金屬

液態(tài)金屬指的是一種不定型金屬，用于3D打印的液態(tài)金屬通常由鎵和銦兩種無毒且能在室溫下保持液態(tài)的合金構(gòu)成，于2013年由美國(guó)北卡羅來納州大學(xué)的研究人員開發(fā)。當(dāng)液態(tài)金屬被暴露在空氣中時(shí)，材料的表面會(huì)硬化，但內(nèi)部仍然保持液態(tài)，這也就是其能夠保持柔性的原因。由于液態(tài)金屬可以導(dǎo)電，也就意味著將有可能采用類似技術(shù)利用3D打印機(jī)制作液態(tài)金屬電路板。

液態(tài)金屬的應(yīng)用有著廣泛的前景。除了打印電路板，在先進(jìn)芯片與新能源領(lǐng)域，液態(tài)金屬具有優(yōu)異的導(dǎo)熱能力。在醫(yī)療健康技術(shù)領(lǐng)域，獨(dú)特的液態(tài)金屬材料直接促成了液態(tài)金屬生物材料學(xué)領(lǐng)域的形成。液態(tài)金屬在神經(jīng)連接與修復(fù)、受損骨骼快速替換、植入式醫(yī)療器件直接在體內(nèi)3D打印以及高分辨血管造影術(shù)、腫瘤血管阻塞治療等方面也大有發(fā)展空間。