3D 打印的存在时间比大多数人想象的要长——第一个 3D 打印是由 Hideo Kodama 于 1981 年制造的。但从那时起，3D 打印已经取得了长足的进步，打印的分辨率低至百分之二毫米。3D 打印是一种创新的生产方法：使用计算机软件详细地可视化 3D 对象，将数据发送到 3D 打印机，然后打印机进行创建。几乎所有消费类打印机都只能用塑料打印，但这种情况不会持续太久。

     当今的金属制造过程涉及大量能源和大量废物：在某些产品的制造中，使用的金属高达 90% 被切割掉。这涉及过度使用能源和金属，此外还会使成品比实际需要的重量重达 60%，例如，后者在航空业中是一个昂贵的障碍。

     相比之下，3D 打印使用的材料几乎与实际物体中存在的材料一样多，从而将浪费减少到零。但这一切直到现在才算数，因为 3D 打印机只能在塑料上工作的巨大限制因素。但是现在，世界各地的几家公司正在设计用金属而不是塑料打印的 3D 打印机。

3D 打印金属丝和粉末

     今天是否打印金属合金有两个主要驱动因素：可印刷性和需求。尽管有各种各样的金属 3D 打印工艺，但几乎所有工艺都依赖于金属粉末。这些材料在打印时有两种形式：原始 3D 打印金属粉末，或结合粉末 3D 打印金属丝。因此，当今可印刷的金属材料在很大程度上受到粉末可用性以及粉末是否可以有效结合的限制。例如，众所周知，铝很难很好地打印，因此相对不常见。

     金属 3D 打印对于难以加工的零件非常有用，无论是复杂性还是材料，因为特别是在小批量时，它可以更便宜。不锈钢、工具钢、钛等较硬的材料更难加工，需要更高质量的工具、更好的机器和更多的管理费用。增加的自然制造成本增加了 3D 打印提供的相对价值，使它们能够跨越 3DP 变得有价值的“拐点”。另一方面，易于加工且价格低廉的材料（低等级钢、铝）并不像需求那样，因为它们已经很容易制造。这形成了一组传统上很难使用的“常见”金属印刷材料，通过添加而不是减法变得简单。

3D 打印最常见的金属有哪些？

不锈钢（17-4 PH、316L、304）

工具钢（H13、A2、D2）

特种合金（铬镍铁合金、钴铬合金等）

钛 (Ti64)

铝（4047、6061、7075）

钢 3D 打印

      钢是最常见的金属 3D 打印材料。它的强度、可转化为 3D 打印金属粉末的能力、相对较低的成本和后加工性使其成为可用于许多应用的材料。大多数种类的钢都可以印刷：最常见的两种是不锈钢和工具钢。并非所有钢都被普遍印刷——合金钢是最常见的常规制造，很少被印刷。由于它们较低的传统制造成本和较差的材料特性，它们作为打印材料的价值不高。

不锈钢

      不锈钢是坚固、坚硬的钢，由于其显着的铬含量（至少 12%，通常高达 18%）而具有出色的耐腐蚀性。它们有两种不同的品种，奥氏体和马氏体。

不锈钢格子，用选择性激光熔化打印机打印。图片来自Axom。

奥氏体不锈钢是最常见的不锈钢类型。它们耐腐蚀，可以加工和焊接，但不能进行热处理。303 和 304 是最常见的奥氏体不锈钢类型，而 316L 是一种可最大限度提高耐腐蚀性的变体。

马氏体不锈钢比奥氏体钢硬得多，但更脆，耐腐蚀性较差。作为一个整体，它们缺乏奥氏体钢的通用性——但是，它们可以进行热处理和沉淀硬化。当您需要坚硬且坚硬的不锈钢时，它们是最佳选择。17-4 PH 是一种特别有用的马氏体不锈钢，可以对其进行热处理以适应各种材料特性——它也是最常见的马氏体钢，但其他（如 420）也被印刷。

工具钢

      工具钢以其核心应用而得名——所有品种的工具。它们含有碳化物，这是一种极其坚硬的化合物，对其切割、研磨、冲压、成型或成型的能力至关重要。通常，它们非常坚硬、耐磨，并且可以在高温下使用。工具钢由AISI - SAE分级系统分类，按功能分为类型。最常见的三种金属 3D 打印类型是 A 系列、D 系列和 H 系列工具钢。

工具钢通常用于冲压、压制和其他金属成型应用。来自Ultrastamping 的图像。

         A 系列工具钢是很好的通用工具钢——它们平衡了耐磨性和韧性，并且可加工。A系列工具钢有八种品种，其中最常见的是A2。它是一种用途广泛的工具钢，通常用于制造冲头和模具，但可用于多种应用。

         D 系列工具钢针对耐磨性和硬度进行了优化。它们不是特别坚固，仅用于冷加工应用。D 系列工具钢最常见的品种是 D2——它用于各种切削工具，从刀片到工业切削工具甚至刀具。

         H 系列工具钢在高温（或循环）温度下切割和成型材料。它们在低温下不如 A 或 D 系列工具钢耐磨，但在高温下仍能很好地保持强度和刚度。尽管 H 系列工具钢有多种类型，但 H13 是最常见的 3D 打印品种。兼具优异的韧性、耐磨性和耐热性，使其成为一种优良的通用工具钢，针对高温（热加工）进行了优化。

钛 3D 打印

      虽然钛绝不是常规制造的常见材料，但其独特的性能和高基础成本使其成为 3D 打印的理想选择。它坚固、轻便、耐热、耐化学，并且具有生物相容性。虽然有几种不同类型的钛可以打印，但迄今为止最常见的是一种：钛 64 (Ti-6Al-4V)。

用 SLM 机器 3D 打印的定制钛自行车零件。图片来自斯宾塞赖特

          Ti64 是 3D 打印和传统制造中最常见的钛类型。它具有出色的强度重量比，可以进行热处理以进一步提高强度。由于其耐腐蚀性和耐热性，该材料在恶劣的环境中也表现出色。因此，它被大量用于飞机（导弹、火箭、飞机）医学（作为骨科植入物）和其他高强度重量比有益的地方。

铝3D打印

      众所周知，铝很难印刷。因此，尽管在传统制造中非常普遍，但它是一种相对不常见的打印材料。打印的品种通常是铸造级铝，而不是更常见的可加工类型，如 6061 或 7075。这些铸造级铝合金都含有大量（高达 12%）的硅含量，并且比 6061 更弱且硬度更低。它不是立即可用的很清楚铝何时可以更容易地用作 3D 打印材料，但在此之前，钢和钛等材料在使用开孔填充物打印时会达到相似的强度重量比。

特种合金

      除了更常见的金属外，3D 打印机还可以用特别适合恶劣环境的合金制造零件。这些“超级合金”——具有高强度、耐热性、良好表面稳定性以及耐腐蚀或氧化性的金属——可用于各种高性能应用。两个亚组最常见：铬镍铁合金和钴铬合金。

Inconel 等特种合金通常用于喷气发动机。图片来自alltempalloys

铬镍铁合金

       Inconel 是最常见和最著名的专有镍合金。它是一种极其坚固、坚硬且耐腐蚀的材料，用于涡轮机、发动机密封件和火箭等地方。有两种主要的 3D 打印配方：Inconel 718 更强韧，Inconel 625 更耐热。这两种材料的传统加工成本都非常高，这使得 3D 打印成为制造高保真零件的一种经济高效的替代方案。

钴铬合金

     钴铬是一种超级合金，以其生物相容性、高强度重量比和耐腐蚀性而闻名——它本质上是钛的更高等级、更昂贵的版本。与 Inconel 一样，它也用于涡轮机和其他恶劣环境。与 Inconel 不同，它可以在医疗应用中用作整形外科或牙科植入物。