3D打印金属材料之不锈钢

钢是以铁为主要成分的合金，在我们生活中有着比铝还高的出现频率。不锈钢（StainlessSteel）的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜的形成，材料比较坚硬，还有多种颜色可选，如银色、古铜色以及白色，常被用于SLM（选择性激光熔化）技术的3D打印工艺中。

其实，不锈钢的不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。

不锈钢的特性如下：

1.  耐腐蚀性能好，比普通钢长久耐用。

2.  强度高。

3.  耐高温氧化，因此能够抗火灾。

4.  容易塑性加工，且焊接性能好。

5.  光洁度高，维护简单。

传统制造工艺（切削）加工不锈钢材料主要有以下几个难点。

1.切削力大、温度高导致刀具磨损。

由于不锈钢强度大，切削时切向应力大，因而切削力大。加上材料导热性差，造成切削温度高，因此刀具容易磨损。

2.加工硬化严重。

部分高温合金不锈钢在加工切削时加工硬化倾向大，通常是普通碳素钢的数倍，刀具在加工硬化区域内切削，寿命会缩短。

3.容易黏刀。

不锈钢均存在加工时切削强韧、切削温度很高的特点。当强韧的切削流经前刀面时，将产生黏结、熔焊等黏刀现象，影响加工零件表面的粗糙度。

而SLM技术加工不锈钢解决了传统切削方式加工的弊端。3D打印不锈钢材料使用SLM技术可制造不受几何形状限制的零部件，缩短了产品的开发制造周期，可快速高效地进行小批量复杂零部件的制造。3D打印的不锈钢常被用在首饰、功能构件和艺术品等领域。下图的3D打印餐具，就是利用不锈钢材料，最后在外表镀银制成。

3D打印镀银不锈钢餐具

  

利用不锈钢材料3D打印的艺术品（图片来源：shapeways.com）

3D打印的不锈钢复杂物件（图片来源：azom.com）

利用不锈钢材料打印的工业物件

直接打印不锈钢饰品在国内已经有了较成熟的应用。以前我们提到过，珠宝首饰行业应用3D打印技术是非常早的，一般是用在蜡模的制作环节，使用可铸造的光敏树脂或者蜡打印首饰蜡模，然后再进行失蜡铸造做成金属首饰。利用3D打印不锈钢首饰大大提高了生产效率，时间缩短40%以上，生产成本降低了20%以上，尤其对于复杂结构、小批量个性化的定制加工更加容易。

3D打印首饰与传统工艺对比

不锈钢首饰（图片来源：华曙高科）

不锈钢也常被用于小型雕刻品的打印。如图所示的物件中，不锈钢成分里熔有30%的青铜。很显然，青铜的添加改变了产品的最终色泽，呈现出青铜的深褐色外观。

3D打印的不锈钢饰物

Autodesk公司向来以强大的软件著称，几个月前Autodesk展示了能打印不锈钢材料的机械臂。这款3D打印机械臂是Autodesk下属Pier 9工坊的研究项目。该工坊成立于2013年，位于美国旧金山。虽然目前，工坊并未透露有关这种机械臂的具体技术信息。