CN108472729A - 可控制微观组织以及析出硬化的利用3d打印的金属材料的立体成型方法 - Google Patents

可控制微观组织以及析出硬化的利用3d打印的金属材料的立体成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，包括如下步骤：(i)设定3D打印的工艺参数；(ii)供给金属粉末；(iii)选择性地照射用于3D打印的成型光源，使所述金属粉末熔融；(iv)对熔融的所述金属粉末进行冷却并固化，从而形成所述金属材料的一个层；(v)重复所述步骤(ii)～(iv)，以进行层积，直至完成所述金属材料的立体成型物，通过在所述步骤(i)设定的工艺参数来控制所述步骤(iv)中的层内部的微观组织，从而调节所述金属材料的机械特性。

Description

可控制微观组织以及析出硬化的利用3D打印的金属材料的立 体成型方法
技术领域
本发明涉及一种可控制微观组织以及析出硬化的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，具体涉及一种在利用3D打印技术制造金属材料产品的过程中，控制作为工艺参数的扫描速度和电流密度来控制金属材料的微观组织，从而形成符合产品要求特性的微观组织，诱导纳米析出物的析出，通过析出硬化，能够提高强度的利用3D打印的金属材料的立体成型方法。
背景技术
微观组织控制技术是指在金属材料内控制晶粒的形状以及方向性的技术。在现有的金属材料产品的制造中，作为控制金属材料的取向性微观组织来提高材料以及产品的强度或增加耐久性从而提高产品的功能性的方法，在金属材料的熔化、铸造后，通过热轧/冷轧塑性加工以及热处理工艺，能够控制晶粒的形状以及方向性。
但是，在整个制造工艺步骤中，由于导入塑性加工以及热处理工序等后处理工序，导致整个制造时间增加，由此引起时间损失，并由于追加工序，提高产品的成本等，发生经济损失。另外，在后处理工序以后，由于导入焊接以及切割等后续加工工序，产品内部易于发生微观组织的变形，由此发生产品性能降低。
另一方面，现有的金属材料产品的制造方法主要采用以高温加热金属材料使其熔融，并将液体状态的金属注入到模具使其凝固的铸造方式。最近，作为制造复杂形状的立体成型物的方法，有3D打印制造方式。利用3D打印制造金属材料产品的代表性的方式有PBF(Powder Bed Fusion：粉末床熔融)方式和DED(Direct Energy Deposition：直接能量沉积)方式。PBF方式是在粉末供给装置中，在具有规定面积的粉末床上涂覆数十μm的金属粉末层，根据设计图，选择性地照射作为成型光源的激光或电子束后，逐层熔融，使金属粉末相互结合并向上累积的方式。DED方式是在保护气体氛围中实时供给金属粉末，使用高功率的激光，供给时即刻熔融，从而熔融并层积金属粉末的方式。PBF方式具有比较精密且有利于实现形状自由度的优点。
3D打印方式具有多个需改善之处，但是可以直接制造利用现有的模具难以制作的中空型等复杂且精密形状的产品，无废料损失，能够大幅省略机械加工等后续工序，因此在包括患者定制型人工关节部件、航天部件等在内的一般工业用部件等多种领域中，技术利用率呈逐渐增加的趋势。
即便如此，对于利用3D打印所形成的金属材料的微观组织的研究现状尚有不足，没有具体公开根据3D打印的工艺参数，金属材料中形成何种微观组织，是否对晶粒的形状以及方向性产生影响。
另一方面，作为生物医疗用途，可插入人体的金属材料有纯钛和分别添加6％和4％的铝(Al)和钒(V)的钛合金(Ti-6A-4V)。但是，已知钒是代表性的毒性元素，铝(Al)是引发阿尔茨海默病的主要原因，因此从数十年前起就提出了对于使用钛合金本身的问题。作为替代材料有未添加其他合金元素的纯钛(Ti)。纯钛具有生物相容性好、耐腐蚀性优秀、对生物体无害、用于人体的金属中最轻的优点，但是抗拉强度仅仅是340～430MPa，不具有适合生物体材料的强度，另外，所述纯钛铸造困难，焊接也不顺利，制造成多种形状时具有较大难度。
加强这种金属材料的强度的方法有，在金属材料产品制造工序之后进行强塑性加工、固溶体强化、晶粒微细化、析出硬化、加工硬化等。其中，析出硬化是从金属母材相内部析出并形成微细且分布均匀的第二相的粒子，通过在析出相周围形成的晶格变形抑制位错的移动，从而提高金属的强度、硬度的方法。
韩国公开专利第2015-0042632号(发明名称：利用三维打印技术的钢板的制造方法，以下称作现有技术1)公开了一种采用3D打印技术能够实现局部特性的控制以及材料损失最小化的金属板材的制造方法，该金属板材的制造方法包括如下步骤：(a)在现有板材上部/下部的任意位置上涂覆或者熔融附着加强材料以及功能性材料，从而控制局部材料特性；以及(b)通过控制附加材料的位置，使材料的损失最小化。
美国授权专利第8454768号(发明名称：Near-beta titanium alloy for highstrength applications and methods for manufacturing the same，以下称作现有技术1)公开了一种钛合金，该钛合金包含5.3-5.7重量％的铝、4.8-5.2重量％的钯、0.7-0.9重量％的铁、4.6-5.3重量％的钼、2.0-2.5重量％的铬、以及0.12-0.16重量％的氧和选自N、C、Nb、Sn、Zr、Ni、Co、Cu以及Si中的一个或者多个附加元素以及剩余重量％的钛，各附加元素的含量分别小于0.1重量％，并且附加元素的总含量小于0.5重量％。
发明内容
技术问题
虽然现有技术公开了利用3D打印来控制金属板材的技术，但是具有如下问题：第一问题，未具体公开金属材料自身的微观组织形成；第二问题，为了弥补不足的特性，需要压延工序等后续加工而存在时间、经济上的损失。
虽然现有技术公开了包括析出硬化在内的高强度的钛合金，但是具有如下问题：第一问题，为了制造钛合金，通过熔化、锻造、压延、熔融热处理、析出硬化等复杂的过程来制造，存在时间、经济上的损失；第二问题，虽然在利用析出硬化，但是经历现有的熔融、锻造、压延等的高温工序，因此进行析出相的粗大化，几乎没有析出硬化效果；第三问题，所述钛合金为包含铝、钯的合金，用作生物体医疗用材料时不适合。
本发明所要解决的技术问题并非限定于上述提及的技术问题，本发明所属技术领域的技术人员通过以下记载会明确理解未提及的其他技术问题。
解决问题的方案
为了解决上述技术问题，本发明涉及一种利用3D打印的金属材料的立体成型方法，在利用3D打印技术制造金属材料产品的过程中，通过控制作为工艺参数的扫描速度和电流密度来控制金属材料的微观组织，从而形成符合产品要求特性的微观组织，诱导纳米析出物的析出，通过析出硬化，能够提高强度。
发明的效果
本发明涉及的利用3D打印的金属材料的立体成型方法以及利用它的金属材料立体成型无的制造方法与现有技术相比，同时具有如下效果：第一效果，通过控制作为3D打印工艺参数的扫描速度和电流密度来控制金属材料的微观组织；第二效果，通过控制金属材料的微观组织，不需要后续加工，在短时间内制造，并节约费用；第三效果，能够制造符合产品要求特性的定制型产品。
另外，与现有技术相比，具有如下效果：第四效果，利用3D打印技术，以简化工艺，没有时间、经济损失；第五效果，控制3D打印的工艺参数，诱导微细且均匀的析出相析出，并析出硬化，从而能够提高金属材料的强度，无需附加的热处理；第六效果，利用没有毒性合金元素的纯钛，提高材料的强度，能够利用到生物体材料部件等很多领域。
本发明的效果并非限定于上述效果，应理解为包括能够从本发明的详细说明或权利保护范围中记载的发明的构成推测的所有效果。
附图说明
图1是示出在本发明的一实施例涉及的电流密度和扫描速度的关系中线能量的最佳范围的图表。
图2是示出本发明的一实施例涉及的纯钛材料立体成型物的微观组织(电子背散射衍射，EBSD)中层状组织的照片。
图3是示出本发明的一实施例涉及的纯钛组织立体成型物的微观组织(电子背散射衍射，EBSD)中混合组织的照片。
图4是示出本发明的一实施例涉及的纯钛材料立体成型物的微观组织(电子背散射衍射，EBSD)中等轴组织的照片。
图5是示出从本发明的一实施例涉及的高强度金属材料立体成型物的晶界析出纳米析出相的概略图。
图6是本发明的一实施例涉及的高强度纯钛材料立体成型物的电子显微镜照片。
图7是本发明的一实施例涉及的高强度纯钛材料立体成型物的电子显微镜放大照片。
图8是示出与高强度纯钛材料立体成型物的FeTi析出物的大小对应的强度的变化的应力-应变曲线(Stress-Strain Curve)图表。
最佳实施方式
为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其包括如下步骤：(i)设定3D打印的工艺参数；(ii)供给金属粉末；(iii)选择性地照射用于3D打印的成型光源，使所述金属粉末熔融；(iv)对熔融的所述金属粉末进行冷却并固化，从而形成所述金属材料的一个层；(v)重复所述步骤(ii)～(iv)，以进行层积，直至完成所述金属材料的立体成型物，通过在所述步骤(i)中设定的工艺参数来控制所述步骤(iv)中的层内部的微观组织，从而调节所述金属材料的机械特性。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种利用3D打印的高强度金属材料的立体成型方法，其包括如下步骤：(i)设定3D打印的工艺参数；(ii)供给金属粉末；(iii)选择性地照射用于3D打印的成型光源，使所述金属粉末熔融；(iv)对熔融的所述金属粉末进行冷却并固化，从而形成所述金属材料的一个层；(v)重复所述步骤(ii)～(iv)，以进行层积，直至完成所述金属材料的立体成型物，通过在所述步骤(i)中设定的工艺参数进行控制，诱导从所述步骤(iv)的层内部析出微细且均匀的析出物，以进行析出硬化，从而加强所述金属材料的强度。
另外，所述细微组织的控制能够控制所述层内部的晶粒的形状以及方向性中的一个以上。
另外，所述工艺参数可以是扫描速度以及电流密度中的一个以上。
另外，可以调节所述工艺参数，以使通过下式1计算的线能量Eline具有形成目标微观组织所需的规定的值，
式1：
Eline＝P/νscan＝VI/νscan
其中，Eline表示线能量(kJ/m)，P表示电力(W)，vscan表示扫描速度(mm/s)，V表示电压，I表示电流密度(mA)。
另外，所述微观组织可以根据所述线能量而构成为等轴组织、混合组织、层状组织中的任意一个，且所述线能量是可以根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。
另外，可以在所述步骤(ii)和所述步骤(iii)之间进一步包括对被供给的所述金属粉末进行预热的步骤。
另外，所述工艺参数中可以进一步包括预热温度，且所述预热温度是根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。
另外，所述3D打印可以采用向粉末床上照射成型光源而进行熔融并层积的方式或用成型光源直接熔融并层积材料的方式。
另外，所述金属材料可以是选自Al、Ti、Cu、Ni、Fe、Co、Cr、Si中的任意一种以上。
另外，在所述步骤(ii)供给的金属粉末的平均粒径是可以根据所述金属材料的种类来确定的。
另外，所述工艺参数中可以进一步包括在所述步骤(iv)形成的层的厚度，且所述层的厚度是可以根据所述金属材料的种类来确定的。
另外，所述成型光源可以是电子束或激光。
具体实施方式
下面，将参照附图对本发明进行说明。但是，本发明可以以多种不同的形式实施，因此并非被在此说明的实施例所限定。并且，为了在附图中明确说明本发明，省略了与说明无关的部分，在整个说明书中，对于相似的部分标注了相似的附图标记。
在整个说明书中，所谓某一部分与另一部分“连接(接续、接触、结合)”，不仅包括“直接连接”的情形，还包括在其中间隔着另一部件“间接连接”的情形。另外，所谓某一部分“包括”某一构成要素是指，除非具有特别相反的记载，否则并不排除另一构成要素，可以进一步具备另一构成要素。
在本说明书中使用的术语仅仅是用于说明特定实施例而使用的，并非旨在限定本发明。除非语句中明确表示相反的意思，否则单数的表达包括复数的表达。要理解在本说明书中，“包括”或“具有”等术语旨在确定存在说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或其组合，并非事先排除存在或附加一个或其以上的另一特征或数字、步骤、动作、构成要素、部件或其组合的可能性。
下面，将参照附图，对本发明的实施例进行详细说明。
本发明提供一种利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其包括如下步骤：(i)设定3D打印的工艺参数；(ii)供给金属粉末；(iii)选择性地照射用于3D打印的成型光源，使所述金属粉末熔融；(iv)对熔融的所述金属粉末进行冷却并固化，从而形成所述金属材料的一个层；(v)重复所述步骤(ii)～(iv)，以进行层积，直至完成所述金属材料的立体成型物，通过在所述步骤(i)中设定的工艺参数来控制所述步骤(iv)中的层内部的微观组织，从而调节所述金属材料的机械特性。
另外，本发明提供一种利用3D打印的高强度金属材料的立体成型方法，其包括如下步骤：(i)设定3D打印的工艺参数；(ii)供给金属粉末；(iii)选择性地照射用于3D打印的成型光源，使所述金属粉末熔融；(iv)对熔融的所述金属粉末进行冷却并固化，从而形成所述金属材料的一个层；(v)重复所述步骤(ii)～(iv)，以进行层积，直至完成所述金属材料的立体成型物，通过在所述步骤(i)设定的工艺参数进行控制，诱导从所述步骤(v)的层内部析出微细且均匀的析出物，以进行析出硬化，从而加强所述金属材料的强度。
利用3D打印制造金属材料立体成型物的代表性的方式具有PBF(Powder BedFusion：粉末床熔融)方式和DED(Direct Energy Deposition：直接能量沉积)方式。PBF方式是在粉末供给装置中，在具有规定面积的粉末床上涂覆数十μm的金属粉末层，根据设计图选择性地照射作为成型光源的激光或电子束后，逐层熔融，使金属粉末相互结合并向上层积的方式。类似原理的方式有SLM(Selective Laser Melting：选择性激光熔化)、SLS(Selective Laser Sintering：选择性激光烧结)等。DED方式是在保护气体氛围中实时供给金属粉末，使用高功率的激光，供给时即刻熔融，从而熔融并层积金属粉末的方式。类似的方式有DMLS(Direct Metal Laser Sintering：直接金属激光烧结)等。PBF方式具有比较精确且有利于实现形状自由度的优点。成型光源的种类有激光和电子束，激光与电子束相比，激光的照射能量低，难以使熔融固化而形成的金属材料层的层积间距(pitch)变厚，层积成型所需的成型时间消耗过高。
本发明能够采用的3D打印方式可以是诸如PBF的在粉末床上照射成型光源而进行熔融并层积的方式或诸如DBD的用成型光源直接进行熔融并层积材料的方式，但是并非限定于此，也可以采用其他金属3D打印方式。只是，更加优选PBF方式。激光和电子束均可以作为所述成型光源，但是更加优选使用电子束的电子束熔化方式(Electron Beam Melting，EBM)。
下面，以按照本发明涉及的金属材料的立体成型方法的不同步骤详述的方式，对本发明进行详细说明。
第一，设定3D打印的工艺参数。
参照待制造的立体成型物的3D CAD数据，根据要求的机械特性，设定3D打印的工艺参数。所述工艺参数可以是扫描速度以及电流密度中的一个以上。扫描速度和电流密度是使用于3D打印的金属材料熔融的成型光源的工艺参数，扫描速度是成型光源照射到金属材料的速度，以每秒照射的长度来表示。扫描速度越慢且电流密度越高，则施加到金属材料的能量越增加。可以调节所述扫描速度以及电流密度，以使通过下式1计算的线能量(Eline)具有形成目标微观组织所需的规定的值，
式1：
Eline＝P/νscan＝VI/νscan
其中，Eline表示线能量(kJ/m)，P表示电力(W)，vscan表示扫描速度(mm/s)，V表示电压，I表示电流密度(mA)。
在3D打印机中，在规定的电压下形成成型光源的照射，因此线能量值根据扫描速度和电流密度值而变化。所述线能量值越大，则金属粉末被局部施加高能量，由此金属粉末瞬间被熔融后，再次被急速冷却、固化，微观组织的结构、大小、方向性等会发生变化。只是，当线能量值过低时，金属材料的熔融热不充分，无法制造出所需形状的产品，当线能量值过高时，熔融热的集中导致除照射部分以外的周边也会发生熔融，因此有可能无法制造出所需形状的产品。
另外，参照待制造的立体成型物的3D CAD数据，根据要求的强度，设定3D打印的工艺参数。所述工艺参数可以是扫描速度以及电流密度中的一个以上。扫描速度和电流密度是使用于3D打印的金属材料熔融的成型光源的工艺参数，扫描速度是成型光源照射到金属材料的速度，以每秒照射的长度来表示。扫描速度越慢且电流密度越高，则施加到金属材料的能量越增加。如后面所述，根据所述扫描速度和电流密度值形成成型光源的照射，金属材料被局部施加高能量，由此金属材料瞬间被熔融后，再次被急速冷却、固化，产生析出硬化。
所述扫描速度是可以根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。当所述扫描速度过低时，照射到金属材料的时间变长，并且在高温下熔融的时间也增加，从而使析出物粗大化，有可能几乎没有析出硬化效果。当扫描速度过高时，照射到金属材料的时间过短，金属材料的熔融有可能不充分。
另外，所述电流密度也可以根据被供给的所述金属材料的种类来确定。当电流密度过低时，照射的能量少，有可能很难达到产生析出硬化效果的高温。当电流密度过高时，由于过度注入能量，会成为制造成本上升的因素。
第二，向3D打印机供给作为立体成型物材料的金属粉末。
所述金属材料可以是选自可用于3D打印机的Al、Ti、Cu、Ni、Fe、Co、Cr、Si的任意一种以上，但并非限定于此。也可以选择钛(Ti)合金、铁(Fe)合金、铬镍铁(Inconel)合金、镍-铬(Ni-Cr)合金或钴-铬(Co-Cr)合金。另外，所述粉末的平均粒径是可以根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。当平均粒径过小时，金属粉末的流动性有可能降低，当平均粒径过大时，金属粉末的熔融有可能不充分。
在PBF方式中，所述被供给的金属材料涂覆在3D打印机的平台上，形成金属粉末层，在第一步骤中设定的工艺参数中可以进一步包括所述粉末层的厚度。所述粉末层的厚度是可以根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。当所述粉末层的厚度过厚时，表面和内部之间难以形成均匀的微观组织，当厚度过薄时，由于频繁的层积，制造成本和时间会增加。
第三以及第四，选择性地照射用于3D打印的成型光源，使所述金属粉末熔融后，使其冷却并固化，从而形成所述金属材料的一个层。
通过成型光源照射的高能量，金属粉末熔融，并且直接急速冷却、固化，晶粒成长并形成微观组织。根据在第一步骤设定的工艺参数，施加给所述金属粉末的能量变化，并且改变晶粒的形状和方向性。
所述微观组织根据所述能量线，可以构成为等轴组织、混合组织、层状组织中的任意一个。另外，所述能量线是可以根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。当成型光源的照射能，即线能量的数值低时，生成晶粒沿着规定方向延伸形状的层状组织。层状组织具有高位错密度，以提高抗拉强度和硬度。而拉伸率减少导致延展性减少，从而降低成型性。线能量越增加，金属材料的微观组织经历混合有层状组织和等轴组织的混合组织后变化为等轴组织，随着晶粒的成长，晶粒的大小也在增加，由于晶界的减少，强度和硬度减小，但是延展性会增加。不仅控制晶粒的大小、形状，而且控制晶粒的方向性。根据本发明所形成的微观组织中，晶粒以特定晶向形成较多时，由此可以具有金属成型物的机械性质根据方向而不同的各向异性。相反，当晶粒的晶向任意形成时，金属成型物的机械性质可以具有各向同性。因此，随着控制3D打印的工艺参数来调节微观组织，可以从待制造的立体成型物中获得所需的强度、硬度、延展性等机械特性。
图5是示出从本发明的一实施例涉及的金属材料立体成型物的晶界析出纳米析出相的概略图。参照图1，通过成型光源照射的高能量，金属材料粉末被熔融、烧结，并且直接被急速冷却、固化，从而诱导纳米级的微细析出物析出于晶界上。利用3D打印技术时，从高温迅速凝固的过程中，析出物通过快速的冷却速度，微细且均匀地被析出。此时，根据在第一步骤中设定的工艺参数，施加给所述金属材料的能量和照射时间等变化，并且改变析出物的大小和基于此的金属材料的强度。析出硬化随着时效时间的增加，强度先增加后减小，并且具有越是高温越被加快的倾向。因此，照射到金属材料的能量越大，越在更高的温度下熔融后骤冷，因此析出更微细的析出物，照射时间越长，析出物的大小越成长并粗大化，几乎不产生析出硬化效果。
可以将所述层的厚度设定为工艺参数并进行控制，以替代第二步骤的粉末层的厚度。所述层的厚度也可以根据被供给的所述金属材料的种类来确定。所述层的厚度过厚，则表面和内部之间难以形成均匀的微观组织，厚度过薄，则因频繁的层积，制造成本和时间会增加。
将电子束作为成型光源的PBF方式中，在第三步骤之前为了照射电子束，可以包括使3D打印机装置内部减压的步骤。减压优选保持在1×10-4torr以下。
另外，在该第三步骤之前，可以进一步包括对被供给的所述金属粉末进行预热的步骤。在PBF方式中，对涂覆在3D打印机的平台上所形成的金属粉末层事先进行预热。通过在层积成型之前事先预热粉末层，使因金属粉末的熔融、凝固所发生的金属材料产品内部的残留应力降低。没有特别限制预热方式，也可以照射成型光源进行预热。
另外，所述工艺参数中可以进一步包括预热温度，根据待制造的金属材料立体成形物所要求的机械特性，可以在第一步骤中设定预热温度。预热温度的范围是可以根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。当预热温度低时，在3D打印工艺中产生的残留应力会增加，因而立体成型物内部有可能发生龟裂。当预热温度高时，所述金属粉末在照射之前有可能事先熔融、固化。
第五，重复所述第二步骤至第四步骤，进行层积，直至完成金属材料立体成型物。例如，在PBF方式中，使3D打印机的平台下降所述所生成的一个层的厚度，在其上部再次供给金属粉末，形成粉末层，重复所述步骤。经过这样的步骤，制造具有所需机械特性的金属材料立体成型物。
现有技术为了获得所需的金属材料的微观组织，在金属材料的熔融、铸造后，通过塑性加工以及热处理工艺，能够控制晶粒的形状以及方向性，但是根据本发明，利用3D打印，控制扫描速度、电流密度的工艺参数，通过成型光源的照射来熔融、固化所述金属材料，能够获得所需的微观组织以及机械特性，无需附加的后处理过程，因此具有缩短工艺、节约时间和成本的效果。
另外，现有金属材料产品的制造技术通过熔融、凝固、塑性加工、再结晶、时效处理等复杂的过程制造。当利用3D打印技术时，由于诸如电子束、激光的成型光源的高能量照射，可以包括熔融至塑性加工的步骤。并且，公知的一般析出硬化方法经过对金属材料进行固溶热处理和析出热处理，析出析出物，从而加强强度、硬度等。本发明通过控制诸如所述扫描速度和电流密度的3D打印的工艺参数，在金属材料内诱导微细的析出相，无需附加的热处理，因此具有缩短工艺、节约时间和成本的效果。
另外，具体而言，根据本发明的另一实施例，提供一种利用3D打印的纯钛(Ti)的立体成型方法，其包括如下步骤：(a)设定3D打印的工艺参数；(b)供给纯钛粉末；(c)选择性地照射用于3D打印的成型光源，使所述纯钛粉末熔融；(d)对熔融的所述纯钛粉末进行冷却并固化，从而形成所述纯钛的一个层；(e)重复所述步骤(b)～(d)，进行层积，直至完成纯钛的立体成型物，通过在所述步骤(a)中设定的工艺参数来控制所述步骤(d)中的层内部的微观组织，从而调节所述纯钛的机械特性。
另外，具体而言，本发明提供一种利用3D打印的高强度纯钛(Ti)的立体成型方法，其包括如下步骤：(a)设定3D打印的工艺参数；(b)供给纯钛粉末；(c)选择性地照射用于3D打印的成型光源，使所述纯钛粉末熔融；(d)对熔融的所述纯钛粉末进行冷却并固化，从而形成所述纯钛的一个层；(e)重复所述步骤(b)～(d)，进行层积，直至完成纯钛的立体成型物，所述纯钛包含少量的铁(Fe)以及其他杂质，通过在所述步骤(a)设定的工艺参数进行控制，诱导从所述步骤(d)的层内部析出微细且均匀的FeTi析出物，使其析出硬化，从而加强所述纯钛的强度。
下面，以按照本发明涉及的利用3D打印的纯钛的立体成型方法不同步骤详述的方式，对本发明进行详细说明。
第一，设定3D打印的工艺参数。
所述工艺参数可以是扫描速度以及电流密度中的一个以上，所述扫描速度以及电流密度的范围能够满足，使下式1的线能量(Eline)具有0.17至0.60kJ/m的值，
式1：
Eline＝P/νscan＝VI/νscan
其中，Eline表示线能量(kJ/m)，P表示电力(W)，vscan表示扫描速度(mm/s)，V表示电压，I表示电流密度(mA)。
图1是示出在本发明的一实施例涉及的电流密度和扫描速度的关系中线能量的最佳范围的图表。参照图1，在所述图1的图表中表示了根据线能量值从红色至黑色的颜色变化，并表示了该颜色示出的线能量值。可以确认，电流密度越大，扫描速度越小，则线能量值越高。图1的图表中标识的点表示在后述的实施例实施的扫描速度和电流密度的条件。中间深灰色区域表示本发明涉及的纯钛的微观组织控制方法的最佳区域。当线能量值小于0.17kJ/m时，纯钛的熔融所需的熔融热不足，因此无法制造出所需形状的产品，当线能量值大于0.60kJ/m时，过度的熔融热导致除照射部分以外的周边也会发生熔融，因此有可能无法制造出所需形状的产品。
所述扫描速度可以是100mm/s～8000mm/s。当高于8000mm/s时，照射时间短，难以向被照射的部分传递足够的能量，当低于100mm/s时，除照射部分以外的周边也会发生熔融。
另外，所述电流密度可以是2～32mA。当小于2mA时，被照射的能量少，无法产生充分的熔融，当大于32mA时，由于过度的能量传递，除照射部分以外的周边也会发生熔融。
第二，向3D打印机供给作为立体成型物材料的纯钛粉末。
所述纯钛可以包括用于形成析出相的少量的铁(Fe)以及其他杂质。例如，ASTMGrade 2钛是包含小于0.3重量％的铁的纯钛。另外，所述粉末的平均粒径可以是10～15μm。当平均粒径小于10μm时，纯钛粉末的流动性会降低，当大于150μm时，纯钛粉末的熔融会不充分。
在PBF方式中，在第一步骤设定的工艺参数可以进一步包括涂覆在3D打印机的平台所形成的纯钛粉末层的厚度。所述纯钛粉末在平台上可以被供应成厚度为50至200μm的粉末层。当所述粉末层的厚度大于200μm时，在表面和内部之间难以形成均匀的微观组织，当厚度小于50μm时，因频繁的层积，制造成本和时间会增加。
第三以及第四，选择性地照射用于3D打印的成型光源，熔融所述纯钛粉末后，使其冷却并固化，从而形成所述纯钛的一个层。
通过成型光源照射的高能量，纯钛粉末熔融，直接迅速冷却并固化，晶粒成长，从而形成微观组织。根据在第一步骤设定的工艺参数，施加给所述纯钛的能量变化，并且改变晶粒的形状。在所述步骤中形成的微观组织的晶粒大小可以是10μm～300μm。
图2是示出本发明的一实施例涉及的纯钛材料立体成型物的微观组织(电子背散射衍射，EBSD)中层状组织的照片。参照图2，当所述线能量为0.17～0.24kJ/m时，纯钛的微观组织可以形成如图2的层状组织。纯钛晶粒可以沿着3D打印的层积方向(builddirection，BD)延长，与等轴组织相比，变形程度增加，所述纯钛的位错密度提高，变形所需的应力增加，因此形成层状组织时，强度和硬度增加。图2中，在EBSD呈现的表面的颜色相似，因此可以确认特定晶向形成较多。此时，所制造的立体成型物的机械特性可以具有各向异性。
图3是示出本发明的一实施例涉及的纯钛材料立体成型物的微观组织(电子背散射衍射，EBSD)中混合组织的照片。参照图3，当所述线能量为0.25～0.42kJ/m时，纯钛的微观组织可以形成如图3的混合组织。混合组织具有层状组织和等轴组织混合的形状，与所述图2的具有层状组织的纯钛相比，拉伸率增加，但是强度、硬度减小。
图4是示出本发明的一实施例涉及的纯钛材料立体成型物的微观组织(电子背散射衍射，EBSD)中等轴组织的照片。参照图4，当所述线能量为0.43～0.60kJ/m时，纯钛的微观组织可以形成如图4的等轴组织。所述纯钛被照射高能量，因此在相对更高的高温下进行热处理，形成没有应力的等轴晶粒，通过晶粒成长，晶粒大小增大，以使延展性增加，而强度和硬度降低。图4中，呈现多种颜色，可以确认晶向随机形成。此时，所制造的立体成形物的机械特性可以具有各向同性。
可以将所述层的厚度设定为工艺参数并进行控制，以替代第二步骤的粉末层。所述层的厚度可以是50μm至200μm。当所述层的厚度大于200μm时，在表面和内部之间难以形成均匀的微观组织，当厚度小于50μm时，因频繁的层积，制造成本和时间会增加。
将电子束作为成型光源的PBF方式中，在第三步骤之前为了照射电子束，可以包括使3D打印机装置内部减压的步骤。减压优选保持在1×10-4torr以下。
另外，在该第三步骤之前，可以进一步包括对被供给的所述纯钛粉末进行预热的步骤。在PBF方式中，对涂覆在3D打印机的平台上所形成的纯钛粉末层事先进行预热。通过在层积成型之前事先预热粉末层，使因纯钛粉末的熔融、凝固所发生的金属材料产品内部的残留应力降低。没有特别限制预热方式，也可以照射成型光源进行预热。
另外，所述工艺参数中可以进一步包括预热温度，根据待制造的纯钛立体成型物所要求的机械特性，可以在第一步骤中设定预热温度。预热温度的范围可以是600～700℃，当预热温度小于600℃时，由于利用3D打印机制造的纯钛立体成型物中残留的残留应力而有可能发生龟裂。残留的残留应力优选100MPa以下。当预热温度高于700℃时，所述纯钛在照射之前有可能事先熔融、固化。
第五，重复所述第二步骤至第四步骤，进行层积，直至完成纯钛的立体成型物。例如，在PBF方式中，使3D打印机的平台下降所述所生成的一个层的厚度，在其上部再次形成纯钛粉末层，重复所述步骤。经过这样的步骤，制造具有所需机械特性的纯钛立体成型物。
如所述实施例，根据线能量值的范围来控制纯钛的微观组织，改变机械特性，能够精密地根据产品所需的特性来制造纯钛材料立体成型物。
另外，本发明提供一种通过所述本发明涉及的金属材料的立体成型方法制造的金属材料的立体成形物。
另外，本发明提供一种通过所述本发明涉及的纯钛的立体成型方法制造的纯钛的立体成型物。
下面，记载本发明的实施例。本发明的范围并非被以下实施例限定。
实施例1
在以电子束为成型光源的3D打印机装置(ARCAM公司产品)的平台上，涂覆平均粒径为40μm的纯钛粉末(ASTM Grade 2规格)，形成了厚度为100μm的粉末层。然后，在使内部减压并保持为1×10-4torr以下的状态下，以650℃的温度对所述粉末层进行了预热。在500mm/s的扫描速度、2mA的电流密度的条件下，基于三维CAD数据，对所述纯钛粉末层照射电子束(电压60kV)，使其熔融后冷却并固化，形成了一个纯钛层。
然后，使平台按照层厚度下降，然后再次供给纯钛粉末，形成新的粉末层后，在与上述相同的条件下进行预热后，照射电子束，使其熔融后冷却并固化，形成了新的纯钛层。
重复执行所述粉末层形成工序、预热工序、照射电子束来熔融的工序、使所述粉末层冷却并固化而形成层的工序，制造了纯钛材料立体成型物。
实施例2
除了电流密度为3mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例3
除了电流密度为4mA、预热温度为600℃以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例4
除了扫描速度为1000mm/s、预热温度为600℃以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例5
除了扫描速度为1000mm/s、电流密度为3mA、预热温度为600℃以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例6
除了扫描速度为1000mm/s、电流密度为4mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例7
除了扫描速度为1000mm/s、电流密度为6mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例8
除了扫描速度为1500mm/s、电流密度为3mA、预热温度为700℃以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例9
除了扫描速度为1500mm/s、电流密度为4mA、预热温度为700℃以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例10
除了扫描速度为1500mm/s、电流密度为6mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例11
除了扫描速度为1500mm/s、电流密度为9mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例12
除了扫描速度为100mm/s以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例13
除了扫描速度为200mm/s以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例14
除了扫描速度为300mm/s以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例15
除了电流密度为14mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例16
除了扫描速度为1000mm/s、电流密度为14mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例17
除了扫描速度为2000mm/s、电流密度为14mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例18
除了扫描速度为1000mm/s、电流密度为22mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例19
除了扫描速度为2000mm/s、电流密度为22mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例20
除了扫描速度为4000mm/s、电流密度为22mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例21
除了扫描速度为8000mm/s、电流密度为22mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例22
除了扫描速度为2000mm/s、电流密度为32mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例23
除了扫描速度为4000mm/s、电流密度为32mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例24
除了扫描速度为8000mm/s、电流密度为32mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
特性评价
对根据所述实施例制造的纯钛材料立体成型物的微观组织、抗拉强度、拉伸率、硬度进行了测定。通过表1示出了测定结果。
表1
分析方法
(1)抗拉强度以及拉伸率：利用放电加工机床，由立体成型物制造方向与3D打印的层积方向(build direction,BD)平行的样品后，利用抗拉试验装置(型号：ASG-X；制造公司：Shimazu，日本)，沿着层积方向对样品施加应力，测定了样品被切断时的应力以及拉伸的比率。
(2)维氏硬度(Vickers hardness，HV)：利用硬度试验装置(型号：HM-200；制造公司：Mitutoyo，日本)测定了立体成型物的维氏硬度。
观察所述结果可以确认，实施例的微观组织形状随着线能量值的增加，从层状组织按照混合组织、等轴组织的顺序进行变化。并且，随着线能量值的增加，大体上强度和硬度减小，拉伸率与此成反比地增加。预热温度与作为线能量的参数的扫描速度和电流密度相比，微观组织或机械特性以及方向性偏低，比较实施例4和实施例8，随着预热温度升高，强度减小，分析认为高温下所产生的残留应力减少所致。
本发明的又一实施例中，所述扫描速度可以是1000mm/s～3000mm/s。当扫描速度小于1000mm/s时，照射到纯钛的时间变长，高温下熔融的时间也增加，导致由作为不纯物的铁和钛结合而成的FeTi析出物粗大化，几乎没有析出硬化效果。当扫描速度大于3000mm/s时，照射到纯钛的时间过短，纯钛的熔融会不充分。
另外，所述电流密度可以是5～15mA。当电流密度小于5mA时，照射的能量少，难以达到能够产生析出硬化效果的高温。当电流密度大于15mA时，过度注入能量，成为制造成本上升的因素。
第二，向3D打印机供给作为立体成型物材料的纯钛粉末。
所述纯钛可以包括用于形成析出相的少量的铁(Fe)以及其他杂质。只要是能够形成FeTi析出物，则包含于所述纯钛的铁的含量不会受到太大的限制。例如，ASTM Grade 2钛是包含小于0.3重量％的铁的纯钛。另外，所述粉末的平均粒径可以是10～150μm。当平均粒径小于10μm时，金属粉末的流动性会降低，当大于150μm时，金属粉末的熔融会不充分。
在PBF方式中，在第一步骤设定的工艺参数中可以进一步包括涂覆在3D打印机的平台上所形成的纯钛粉末层的厚度。所述纯钛粉末在平台上可以被供应成厚度为50至200μm的粉末层。当所述粉末层的厚度大于200μm时，在表面和内部之间难以形成均匀的纳米析出物，当厚度小于50μm时，因频繁的层积，制造成本和时间会增加。
第三以及第四，选择性地照射用于3D打印的成型光源，熔融所述纯钛粉末后，使其冷却并固化，从而形成所述纯钛的一个层。
图6是本发明的一实施例涉及的纯钛材料立体成型物的电子显微镜照片，图7是本发明的一实施例涉及的纯钛材料立体成型物的电子显微镜放大照片。参照图2和图3，通过成型光源照射的高能量，纯钛粉末熔融，并且直接急速冷却并固化，诱导纳米级的微细析出物析出于晶界上。在图6以及图7中，在纯钛的晶界之间呈现出的白色部分为FeTi析出相。利用3D打印技术时，从高温急速凝固的过程中，通过迅速的冷却速度析出微细且均匀的析出相。此时，根据在第一步骤设定的工艺参数施加给所述纯钛的能量和照射时间等变化，FeTi析出相的大小和基于此的纯钛的强度也发生变化。
所述析出物的平均大小可以被控制为50nm～300nm。当所述析出物的平均大小大于300nm时，由于析出物的粗大化，析出物周围的晶格变形减少，不能有效制止位错的移动，几乎没有提高强度的效果。另外，所述析出物的数量可以控制成每10000μm2析出50个以上。当析出小于50个时，因析出相的数量过小，无法期待充分的析出硬化效果。
可以将所述层的厚度设定为工艺参数并进行控制，以替代第二步骤的粉末层。所述层的厚度可以是50μm至200μm。当所述层的厚度大于200μm时，在表面和内部之间难以形成均匀的纳米析出物，当厚度小于50μm时，因频繁的层积，制造成本和时间会增加。
将电子束作为成型光源的PBF方式中，在第三步骤之前为了照射电子束，可以包括使3D打印机装置内部减压的步骤。减压优选保持在1×10-4torr以下。
另外，在该第三步骤之前，可以进一步包括对被供给的所述纯钛粉末进行预热的步骤。在PBF方式中，对涂覆在3D打印机的平台上所形成的纯钛粉末层事先进行预热。通过在层积成型之前事先预热粉末层，使因纯钛粉末的熔融、凝固所发生的金属材料产品内部的残留应力降低。没有特别限制预热方式，也可以照射成型光源进行预热。
另外，所述工艺参数中可以进一步包括预热温度，根据待制造的纯钛立体成型物所要求的强度，还可以在第一步骤中设定预热温度。预热温度的范围可以是550～650℃，当预热温度小于550℃时，因利用3D打印机制造的纯钛立体成型物中残留的残留应力，有可能发生龟裂。残留的残留应力优选100MPa以下。当预热温度高于650℃时，所述纯钛在照射之前有可能事先熔融、固化。
第五，重复所述第二步骤至第四步骤，进行层积，直至完成纯钛的立体成型物。例如，在PBF方式中，使3D打印机的平台下降所述所生成的一个层的厚度，在其之上再次形成纯钛粉末层，重复所述步骤。经过这样的步骤，制造具有所需强度的高强度纯钛的立体成型物。
在纯钛的立体成型物种，通过控制3D打印的工艺参数来诱导如上所述的微细的析出相时，表现出800MPa以上的抗拉强度，与现有的纯钛的抗拉强度(340～434MPa)比较时，能够确保两倍以上的抗拉强度，可以应用于需要高强度的生物医疗、航天用部件、车辆用材料等。
另外，本发明提供一种通过所述本发明涉及的高强度金属材料的立体成型方法制造的高强度金属材料的立体成形物。
另外，本发明提供一种通过所述本发明涉及的高强度纯钛的立体成型方法制造的高强度纯钛的立体成型物。
另外，所述高强度纯钛的立体成型物的抗拉强度可以是700MPa～1GPa。根据所述本发明制造的纯钛立体成型物具有与现有的钛合金抗拉强度相似的强度，可以替代现有的钛合金，应用于生物医疗部件。
下面，记载本发明的又一实施例。只是，本发明的范围并非由以下实施例所限定。
实施例51
在以电子束为成型光源的3D打印机装置(ARCAM公司产品)的平台上，涂覆平均粒径为40μm的纯钛粉末(ASTM Grade 2规格)，形成了厚度为100μm的粉末层。然后，在使内部减压并保持为1×10-4torr以下的状态下，以600℃的温度对所述粉末层进行了预热。在500mm/s的扫描速度、2mA的电流密度的条件下，基于三维CAD数据，对所述纯钛粉末层照射电子束(电压60kV)，使其熔融后冷却并固化，形成了一个纯钛层。
然后，使平台按照层厚度下降，然后再次供给纯钛粉末，形成新的粉末层后，在与上述相同的条件下进行预热后，照射电子束，使其熔融后冷却并固化，形成了新的纯钛层。
重复执行所述粉末层形成工序、预热工序、照射电子束来熔融的工序、使所述粉末层冷却并固化而形成层的工序，制造了高强度纯钛的立体成型物。
实施例52
除了电流密度为5mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例53
除了扫描速度为1000mm/s、预热温度为550℃以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例54
除了扫描速度为1000mm/s、电流密度为5mA、预热温度为550℃以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例55
除了扫描速度为1000mm/s、电流密度为6mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例56
除了扫描速度为1500mm/s、电流密度为5mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例57
除了扫描速度为1500mm/s、电流密度为6mA、预热温度为550℃以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例58
除了扫描速度为1500mm/s、电流密度为10mA、预热温度为550℃以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例59
除了扫描速度为3000mm/s、电流密度为8mA以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例60
除了扫描速度为3000mm/s、电流密度为12mA、预热温度为550℃以外，在与实施例1相同的条件下实施。
实施例61
除了扫描速度为3000mm/s、电流密度为15mA、预热温度为550℃以外，在与实施例1相同的条件下实施。
特性评价
对根据所述实施例制造的纯钛的立体成型物的析出相的大小进行了测定，并通过表2示出了其结果。
表2
观察所述结果，随着电流密度的增加，所述实施例的析出相的大小减小。相反，扫描速度越快，析出相的大小越小。因此，可以确认，所照射的能量越多且照射时间越短，析出相的大小越微细。预热温度中，大体上预热温度的值越小，析出相的大小越小。
并且，比较通过一般铸造工艺制造的纯钛材料立体成型物和实施例4以及实施例11的抗拉强度，在图4的图表中示出了其结果。图4是随着纯钛材料立体成形物的FeTi析出物的大小而异的强度的图表。参照图4可以确认，通过一般的铸造工艺制造的纯钛材料立体成型物具有大约400MPa的抗拉强度，但是在FeTi析出物的大小为5μm的实施例4中，抗拉强度大约为550MPa，有小幅增加，在析出物的大小为0.2μm的实施例11中，抗拉强度增加至大约800MPa。
前面所述的本发明的说明是用于例示的，本发明所属技术领域的技术人员应该能够理解，不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下容易变形为其他具体方式。因此，以上描述的实施例在整个方面都是例示性的，并非旨在限定。例如，以一体成型形式说明的各构成要素可以以分散形式实施，同样以分散形式说明的构成要素可以以结合的形式实施。
本发明的范围由权利要求书确定，尤其从权利保护范围的含义以及范围及其等同概念导出的所有变更或变形的方式应被解释为包含在本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
(i)设定3D打印的工艺参数；
(ii)供给金属粉末；
(iii)选择性地照射用于3D打印的成型光源，使所述金属粉末熔融；
(iv)对熔融的所述金属粉末进行冷却并固化，以形成所述金属材料的一个层；
(v)重复所述步骤(ii)～(iv)，以进行层积，直至完成所述金属材料的立体成型物，
通过在所述步骤(i)中设定的工艺参数来控制所述步骤(iv)中的层内部的微观组织，从而调节所述金属材料的机械特性。
2.根据权利要求1所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
对所述微观组织的控制是控制所述层内部的晶粒的形状以及方向性中的一个以上。
3.根据权利要求1所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
所述工艺参数是扫描速度以及电流密度中的一个以上。
4.根据权利要求3所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
调节所述工艺参数，以使通过下式1计算的线能量Eline具有形成目标微观组织所需的规定的值，
式1：
Eline＝P/vscan＝VI/vscan
其中，Eline表示线能量(kJ/m)，P表示电力(W)，vscan表示扫描速度(mm/s)，V表示电压，I表示电流密度(mA)。
5.根据权利要求4所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
所述微观组织根据所述线能量而构成为等轴组织、混合组织、层状组织中的任意一个，且所述线能量是根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。
6.根据权利要求1所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
进一步包括在所述步骤(ii)和所述步骤(iii)之间对被供给的所述金属粉末进行预热的步骤。
7.根据权利要求6所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
所述工艺参数中进一步包括预热温度，且所述预热温度是根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。
8.根据权利要求1所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
所述3D打印采用向粉末床上照射成型光源而进行熔融并层积的方式，或用成型光源直接熔融并层积材料的方式。
9.根据权利要求3所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
所述工艺参数中进一步包括在所述步骤(iv)形成的层的厚度，且所述层的厚度是根据所述金属材料的种类来确定的。
10.一种利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
(i)设定3D打印的工艺参数；
(ii)供给金属粉末；
(iii)选择性地照射用于3D打印的成型光源，使所述金属粉末熔融；
(iv)对熔融的所述金属粉末进行冷却并固化，从而形成所述金属材料的一个层；
(v)重复所述步骤(ii)～(iv)，以进行层积，直至完成所述金属材料的立体成型物，
通过在所述步骤(i)设定的工艺参数进行控制，诱导从所述步骤(iv)的层内部析出微细且均匀的析出物，以进行析出硬化，从而加强所述金属材料的强度。
11.根据权利要求10所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
所述工艺参数是扫描速度以及电流密度中的一个以上。
12.根据权利要求11所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
所述扫描速度是根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。
13.根据权利要求11所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
所述电流密度是根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。
14.根据权利要求10所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
进一步包括在所述步骤(ii)和所述步骤(iii)之间对被供给的所述金属粉末进行预热的步骤。
15.根据权利要求14所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
所述工艺参数中进一步包括预热温度，所述预热温度是根据被供给的所述金属材料的种类来确定的。
16.根据权利要求10所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
所述3D打印采用向粉末床上照射成型光源而进行熔融并层积的方式，或用成型光源直接熔融并层积材料的方式。
17.根据权利要求10所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
在所述步骤(ii)供给的金属粉末的平均粒径是根据所述金属材料的种类来确定的。
18.根据权利要求11所述的利用3D打印的金属材料的立体成型方法，其特征在于，
所述工艺参数中进一步包括在所述步骤(iv)形成的层的厚度，且所述层的厚度是根据所述金属材料的种类来确定的。
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