3D 打印金属粉末应用现状

Technavio市场研究公司所发布的一份2016-2020年全球3D打印材料调查报告中指出，全球3D打印材料市场的年复合增长率超过了25%，这其中金属粉末的需求量的增加占据了很大一部分因素。尽管目前塑料3D打印材料扔占据整个市场接近50%的份额，但是金属材料的增长率仍在迅速增长，尤其是以钛合金粉末为代表的高品质金属粉末，在未来几年里金属材料的市场占有率将全面赶超塑料3D打印材料。

金属粉末产品作为增材制造的主要原材料，目前应用的领域主要包括：

●工业模具材料如：MS1、CX、17-4ph等；

●创意设计领域如：铜合金、AlSi10Mg、316L；

●航空航天领域如：TC4、Inconel718等；

●生物医疗领域如：CoCr合金、钛及钛合金、钽金属等；

●科学研究应用材料如：因瓦合金、高熵合金、钨金属等。

金属3D打印应用案例

●飞机发动机燃油喷嘴

2018年10月，GE航空工厂庆祝其第30,000个3D打印燃料喷嘴的成功出货。该喷嘴安装在GE的LEAP喷气发动机内，由金属3D打印机一体成形。GE生产的每台LEAP发动机都包含19个3D打印燃料喷嘴。30,000个3D打印燃料喷嘴可以满足1,578台发动机的需求。

●新一代载人飞船返回舱防热大底框架结构

2020年5月，长征五号B火箭成功发射我国新一代载人飞船试验船，其返回舱防热大底框架是3D打印出来的。其中重要的技术突破之一，是由航天五院总体部主导的超大尺寸整体钛框架设计及成型技术。超大尺寸整体钛框架结构采用3D打印工艺制造，成功实现了减轻重量、缩短周期、降低成本等目标。新一代载人飞船试验船的成功返回也标志着超大尺寸关键结构件整体3D打印技术通过大考。

●骨科金属植入体

2021年2月，湖南华翔和南华大学附属*医院脊柱外科团队联合研发的多孔型椎体融合器正式通过国家药品监督管理局（NMPA）审批（注册证编号：国械注准20213130105），成为国内*将选区激光熔融技术（SLM）应用于3D打印医疗产业化的企业。在申请认证的5年时间里，已经为80位患者进行了3D打印植入体的临床试验。在此之前，电子束技术3D打印的植入体已经得到规模化的应用，2020年8月份，GE发布的数据显示，在过去13年，GE的全球客户大约生产了超过150万个骨科植入产品。中国骨科植入物龙头爱康医疗生产的骨科金属3D打印植入物产品年收入已超过1亿元。

●3D打印金属牙冠和可摘义齿托架

金属3D打印技术已经开始变革传统的义齿制造工艺。中国的金属3D打印机市场，齿科专用金属3D打印机2019年、2020年出货量均超过200台。2021年1月，国家药监局关于发布免于进行临床试验医疗器械目录（第二批修订）的通告（2021年第3号），其中包括了“牙科增材制造用金属材料”。牙科增材制造用纯钛、钛合金、钴铬合金金属材料，用于通过激光选区熔化工艺加工制作牙冠、牙桥等非植入修复体，产品本体材料及性能指标须至少满足YY∕T1702-2020《牙科学增材制造口腔固定和活动修复用激光选区熔化金属材料》、GB17168《牙科学固定和活动修复用金属材料》等相关国家和行业标准要求。豁免情况不包括用于制作颌面赝复体、种植体、基台及附件的产品及与已上市产品相比采用新材料、新技术或具有新作用机理、新功能的产品。

●3D打印金属模具

金属模具被广泛用于3C行业、包装行业、医疗行业、家电行业、汽车行业。使用SLM（选择性激光熔化）技术，通过逐层累加的打印技术，可以制造出几乎无所不能的冷却水路——随形水路，它可以根据产品轮廓的变化而变化，到达模腔任何地方，使模具内部将无任何冷却盲点，这是传统制造技术无法实现的。随着金属3D打印成本的下降，3D打印模具的市场竞争力越来越强，采用3D打印模具的用户也越来越多。

●3D打印换热器

传统的换热器制造工艺主要有挤压成型、铸造和机械加工等方法，这些加工工艺限制了换热器可实现的几何形状。金属3D打印工艺的出现消除了许多设计制约，设计人员开始重新考虑更高热效率的散热器设计方法。

经典的换热器设计方法主要涉及的结构参数包括：基板厚度、翅片数量、翅片厚度、翅片间距、翅片高度。然后优化这些参数以满足传热、重量和成本的约束。而如果使用3D打印技术来制造换热器，将不再受这些条件的约束。

除了上述的几个应用领域和案例之外，金属3D打印还在艺术品、光栅、汽车等领域都有应用。

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