1 金属3D打印成型方法
图1是金属3D打印成型方法，大致分为粉末床熔融法和定向能量沉积法。前者又分为直接增材法和间接增材法。
直接增材法是将金属粉末平铺满，用热源激光或电子束仅使成型部位熔融、凝固的方法。这种直接成型法的开发，获得了高密度成型件，极大地扩大了金属3D打印市场。
间接增材法也称为黏结剂喷射法，将粉末材料和光敏树脂黏结剂喷射固化成型，但该方法需要脱脂和烧结工序，从这一点而言，间接增材法可以说是与金属注射成型（MIM）接近的成型方法。
粉末沉积法是一边从喷嘴喷射金属粉末，一边用激光照射使金属熔融并沉积的方法。该方法也可以作为激光堆焊使用，期待在模具和零部件的维修等领域获得应用。
在粉末床法中，特别是直接增材法和粉末沉积法，对金属粉末要求有以下亮点基本特性要求。
•使用的粉末粒径为数微米至150微米；
•需要金属粉末输送和铺设工序，因此粉末必须是球状。
气雾化法获得的粉末满足这些特性，这也是山阳特钢将气雾化法作为粉末业务重点关注项目的原因。
2 市场展望
图2是金属3D打印机销量的变化，从2012年以后显著增加，2018-2020年均保持在2100台以上。
根据NEDO（日本新能源产业技术综合开发机构）的预测，2030年金属3D打印市场的规模将增长到约2兆日元。如果按行业分类，除了目前金属3D打印已经实用化的医疗、航空航天和发电领域实现跨越式发展之外，模具和工具领域成为日本国内重要的金属3D打印市场。
3 推进金属3D打印业务发展举措
山阳特钢打造3D打印用金属粉末业务优势的措施有：1）包括成型方法的整体解决方案；2）参与国家项目；3）重点钢种选择和新开发品种。
1）提出包括成型方法在内的整体解决方案
3D打印从原料粉末直接塑型，可以省略铸造、机械加工、热处理等多道工序。在3D打印技术中，简化了工序。因此，成型用粉末的制造不仅需要掌握材料物理性质，而且还要求在设计层面把握最终产品的功能，也就是说，3D打印的重点主要集中在材料粉末和成型技术两个方面。山阳特钢作为合金粉末制造商，拥有材料开发和制造的优势，并通过获得成型技术，可以实现最终零部件的设计，可以期待向用户提供整体解决方案。基于这些考虑，该公司先于其他材料制造商，制造了3D打印机，同时，为了对成型件进行无损检测，引入了X射线CT扫描装置，并以用户的产品性能为重点进行材料开发。
2）参与国家项目
在3D打印市场，欧美各国竞争激烈，相对而言日本在设备及成型件的实用化方面落后于欧美。在这种情况下，日本经济产业省于2014年成立了TRAFAM（日本未来增材技术研究协会），其目标是：1）明确增材制造的机制；2）开发超越世界的高速、高精度增材制造装置；3）开发适合增材制造的材料（粉末）。
山阳特钢参与了该项目，致力于为批量生产提供工业制品用金属粉末的开发。具体来说，就是确立一种优化的气雾化方法来制造粉末用于3D打印。在较大的气雾化粉末颗粒（约100微米）周围附着细小颗粒（数微米）的被称为“卫星”粉末，这是阻碍粉末流动性的主要因素。对此，山阳特钢采用空气流冲击、破碎的工序，将破碎后的微粉末用离心力分离，确立了用低成本制造具有良好流动性粉末的方法，如图3所示。
3）重点钢种的选择和新开发品种
表3是用于3D打印的主要合金及其用途。在3D打印市场，医疗、航空航天和发电领域已经实现了量产化，这也是山阳特钢最早涉足的项目。其中，钛合金类的活性金属，也有采用不接触坩埚雾化的事例，但该公司使用通用耐火材料进行气雾化，其优势在于，将Fe、Ni、Co、Cu基作为标准组成系列化，进行适合成型的组成改良和粉末形状改善。
此外，山阳特钢在提出适合3D打印的新合金时，根据各行业用户的需求，针对材料量产化存在的问题，将以下项目作为重点进行研究。
• 特定成型件用无Co马氏体时效钢；
• 高密度、高导热性的优质Cu合金。
（本文为部分内容，全文请参阅《世界金属导报》31期B06）
