3D打印金属材料之镍基合金和钴铬合金

3D打印金属材料之镍基合金和钴铬合金

01 镍基合金

镍基合金（Nickel base alloy）是指在650～1000℃高温下有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力等综合性能的一类合金。与铁基合金和钴基合金相比，镍基合金可工作在高温和高应力环境下，具有良好的力学性能、抗氧化、耐热腐蚀性能。随着航空事业的发展，3D打印的镍基合金物件因其优良的性能，被用于制备航空发动机中的涡轮盘、涡轮叶片等热端部件，提高了发动机的稳定性和热效率，使得航空发动力具有更大的推力。含钛50%的镍合金，形状记忆效果好，多用于制造航天器结构件、人造心脏马达等。

美国利用3D打印技术制备的IN718镍基高温合金转子（图片来源：Machine Design）

3D打印的镍基合金工业部件（图片来源：ExOne）

3D打印的镍基合金飞机部件（图片来源：3dprintingindustry.com）

02钴铬合金

钴铬合金（cobalt-chromium alloy）是指以钴和铬为主要成分的高温合金，它的抗腐蚀性能和机械性能都非常优异，用其制作的零件强度高、耐高温，且有杰出的生物相容性，最早用于制作人体关节，现在已广泛应用到口腔领域。由于其不含对人体有害的镍元素与铍元素，3D打印个性化定制的钴铬合金烤瓷牙已成为非贵金属烤瓷的首选。

钴铬合金在牙科的应用（图片来源：3ders.com）

 

传统铸造工艺生产的钴铬合金产品收缩率大，与初始模型相比误差大较大，而采用3D打印技术制造的钴铬合金零部件，强度高、尺寸精确，能制作的最小尺寸可达1mm，故其零部件机械性能比锻造工艺制成的产品好很多。

 

03液态金属

液态金属指的是一种不定型金属，用于3D打印的液态金属通常由镓和铟两种无毒且能在室温下保持液态的合金构成，于2013年由美国北卡罗来纳州大学的研究人员开发。当液态金属被暴露在空气中时，材料的表面会硬化，但内部仍然保持液态，这也就是其能够保持柔性的原因。由于液态金属可以导电，也就意味着将有可能采用类似技术利用3D打印机制作液态金属电路板。

液态金属的应用有着广泛的前景。除了打印电路板，在先进芯片与新能源领域，液态金属具有优异的导热能力。在医疗健康技术领域，独特的液态金属材料直接促成了液态金属生物材料学领域的形成。液态金属在神经连接与修复、受损骨骼快速替换、植入式医疗器件直接在体内3D打印以及高分辨血管造影术、肿瘤血管阻塞治疗等方面也大有发展空间。