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)動機中的渦輪盤、渦輪葉片等熱端部件，提高了發(fā)動機的穩(wěn)定性和熱效率，使得航空發(fā)動力具有更大的推力。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、人造心臟馬達等。

美國利用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械性能都非常優(yōu)異，用其制作的零件強度高、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。由于其不含對人體有害的鎳元素與鈹元素，3D打印個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，強度高、尺寸精確，能制作的最小尺寸可達1mm，故其零部件機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)動機葉輪（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年由美國北卡羅來納州大學(xué)的研究人員開發(fā)。當液態(tài)金屬被暴露在空氣中時，材料的表面會硬化，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。