此前我們探討了3D打印領域應用的多種材料，如銅、砂石、鋁化物等。本文將聚焦鈦金屬——這種在自然界中從未以純態存在的過渡金屬。其提取需通過金紅石（TiO?）和鈦鐵礦（FeTiO?）等礦物的復雜工藝，盡管最終可獲得99.9%純度的金屬，但高能耗仍制約著大規模生產。鈦常與其他金屬形成合金以提升性能，現已成為醫藥、航空航天及汽車領域增材制造的關鍵材料。本文將系統解析其特性、3D打印技術及應用場景。

    鈦的核心特性

    鈦（符號Ti，原子序數22）憑借其多功能特性在材料領域占據重要地位。這種輕質金屬兼具高強度與低毒性，在極端環境中展現出卓越的耐腐蝕性——可抵御鹽水、化學品及磨損。其機械性能接近鋼材，但重量減輕約40%，成為制造輕量化耐用部件的理想選擇。鈦的熱穩定性尤為突出，既能承受600℃高溫，又可在超低溫環境下保持結構穩定。然而，鈦的加工難度較高，主要源于其低導熱性。加工過程中產生的熱量易在機床積聚，導致設備快速磨損，同時傳統減材工藝會產生大量廢料。面對這些挑戰，金屬3D打印技術正成為高效解決方案。

    3D打印常用鈦合金體系

    鈦在增材制造領域多以合金形式應用，純鈦則因其生物相容性用于特定醫療場景。常見鈦合金包括：Ti6Al-4VGrade5（鈦、鋁、釩復合材料，耐熱性與耐腐蝕性優異，是3D打印最常用合金）、Ti6Al-4VGrade23（專為假肢與醫療植入物開發，生物相容性進一步提升）、鈦Beta21S（高強度抗氧化合金，用于骨科植入物及航空航天發動機部件）、Cp-Ti（純鈦，醫療領域專用材料，與人體組織相容性極佳）、TA15合金（含鈦、鋁、鋯，適用于航空發動機高溫部件制造）。盡管純鈦具備輕質、耐腐蝕等優勢，但其韌性、硬度及抗疲勞性相對較低，限制了在承受高載荷場景中的應用，因此合金化成為主流選擇。

    主流鈦金屬3D打印技術

    鈦在增材制造中以粉末或絲材形式使用，常見工藝包括：定向能量沉積（DED，通過激光等能源熔化沉積的鈦粉末或絲材，實現近凈成形）、激光粉末床熔融（L-PBF，又稱直接金屬激光燒結（DMLS）或選擇性激光熔化（SLM），利用激光逐層熔化金屬粉末，適用于高精度Ti6Al4V零件制造）、電子束熔融（EBM，在真空環境中使用電子束熔化鈦粉末，特別適合航空領域高強度部件生產）、粘結劑噴射成型（通過粘合劑粘結鈦粉末，經燒結固化后形成部件，成本較低但精度有限）。

    技術挑戰與行業應用

    鈦金屬3D打印雖前景廣闊，仍面臨多重挑戰：鈦合金材料成本顯著高于其他金屬；可用合金種類較少增加采購難度；打印后需進行支撐去除、熱處理及拋光等復雜工序，延長生產周期并推高成本。在航空航天領域，該技術已成功制造渦輪葉片、支架等關鍵部件，其輕量化與耐極端溫度特性備受認可。醫療行業則利用鈦的生物相容性，通過3D打印定制假肢與個性化植入物，顯著縮短手術時間并提升治療效果。汽車工業通過鈦合金部件減輕車身重量，提高燃油效率，應用范圍覆蓋發動機、排氣系統至底盤組件。此外，該技術還在工具制造、模具開發等領域展現出獨特優勢，支持復雜結構的高效生產。