掌握Ti6Al4V關鍵技術！鈦合金3D金屬列印的最新發展

自20世紀90年代起，3D列印技術在高能熱熔覆與快速原型製造的推動下迅速發展，相較於傳統製程，大幅減少工序與時間成本，特別是在製作結構複雜的零件時，能提供更高的設計自由與精度。以Ti6Al4V（鈦-鋁-釩合金）為代表的鈦合金材料，在3D列印應用中尤為突出，因其同時具備高強度、優異的尺寸穩定性與良好生物相容性，不僅性能超越傳統鍛造工藝，更廣泛應用於生物醫學、航空航太與精密儀器等高標準領域。

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Ti6Al4V鈦合金材料介紹與特性

Ti6Al4V是目前應用最廣泛的金屬3D列印鈦合金，屬於 α+β 型結構，兼具高強度、良好延展性與卓越抗腐蝕能力。其主要成分為約 90% 鈦、6% 鋁與 4% 釩，其中鋁有助於提升抗氧化性能，而釩則增強材料的韌性與可加工性，這使得它在航空航太與生物醫療等高規格領域備受青睞。

Ti6Al4V能在高溫下保持穩定的機械性能，對於需要高載重或長期使用的零件尤為適合。例如航太結構件需承受高溫與高速運作環境，而植入式醫材則要求生物相容與抗疲勞壽命，Ti6Al4V在這兩大領域都展現出卓越表現，是當代金屬3D列印技術中最具代表性的材料之一。

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Ti6Al4V鈦合金屬3D列印製程種類

隨著增材製造技術的發展，不同的Ti6Al4V鈦合金製造技術有其獨特之處：

1. 雷射選區熔化成形技術 (SLM)：這種技術使用高能雷射束在鈦粉末上逐層熔化，精確控制熔化過程，適用於製造高精度和複雜結構的零件。

2. 電子束熔絲成形技術 (EBM)：使用電子束作為熱源，熔化金屬絲材進行堆積，適合製造大型結構零件，但相較於SLM，精度略低。

3. 雷射立體成形技術 (LMD)：通過雷射束熔化金屬粉末，同時進行堆積和固化，適合修補或增強現有零件。

4. 電子束選取熔化成形技術：類似於SLM，但使用電子束作為熱源，適用於製造精密零件，尤其在需要控制微結構時。

每種技術皆具獨特優勢，選擇應考量零件需求、成本及效率。總結來說，目前Ti6Al4V最常用的列印技術為選擇性雷射熔融（SLM）與電子束熔融（EBM）。SLM適合高解析度與薄壁結構，而EBM在列印大尺寸與降低殘餘應力方面較有優勢。雷射金屬沉積（LMD）則可用於修復、堆疊或定點增材，具有更高的沉積速率與材料搭配彈性。根據應用需求選擇合適工法，是影響成品品質的關鍵。

目前最成熟的技術為雷射選區熔化成形技術（SLM），亦是峰群國際科技的專長。此技術在精密度與效率上提供無可比擬的優勢，適用於高規格的製造需求。

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金屬3D列印步驟（以Ti6Al4V為例）

金屬3D列印中的鈦合金SLM製程（Selective Laser Melting）製程是最常用於加工Ti6Al4V的技術之一，由於該材料的熔點高、氧化傾向強，整個製程需在嚴格控制的氣氛與參數條件下進行，主要包括以下幾個步驟：

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1. 設計和準備: 使用CAD軟體設計零件三維模型，並轉檔為STL等適合列印的格式，接著進行切片設定，將模型分層處理並產出雷射路徑資料。

2. 粉末布置: 於工作平台上均勻鋪設一層粒徑細緻的Ti6Al4V金屬粉末，粒徑通常落在15～45微米，粉末需具備良好球形度與低氧含量以確保列印品質。

3. 雷射熔化: 高能雷射光束根據切片資料逐點掃描，局部熔化粉末並立即凝固。Ti6Al4V 的雷射參數設定需精準，以防止裂紋或氣孔等缺陷。

4. 層層疊加: 每熔化一層後，工作平台下降一個層厚，再鋪設一層新的粉末，重複上述雷射熔化步驟，逐層構築出完整零件。

5. 後處理: 列印完成後，去除未熔化的粉末，進行必要的後處理，如去除支撐結構、表面處理等，需要確保過程中無氧化反應發生。

SLM製程能製造出高精度與高強度的Ti6Al4V，也可以因應複雜幾何與客製化需求，廣泛應用於航空結構、骨科植體、汽車渦輪葉片等領域。

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峰群國際科技金屬3D列印鈦合金Ti6Al4V技術數據表

鈦合金Ti6Al4V列印挑戰

Ti6Al4V因其高強度、優異抗腐蝕性與良好的生物相容性，成為金屬3D列印中最受歡迎的材料之一。但同時，它也是最具挑戰性的列印材料之一，原因主要來自三個層面：設備要求、氣氛控制與粉末品質。

首先，Ti6Al4V 對列印設備的要求極高。列印過程中需要精準穩定的雷射功率與掃描系統，以控制熔池穩定性、避免孔隙與裂縫產生。其次，列印必須在惰性氣體（如氬氣）環境中進行，以避免金屬粉末與氧氣發生反應，導致材料脆化或表面缺陷。

再者，Ti6Al4V 金屬粉末本身的品質也直接影響列印結果。其粒徑分布、球形度與含氧量會影響粉末的流動性與熔融均勻性，進而影響零件的致密度與機械性能。為此，不僅製粉過程需嚴格控管，粉末的儲存與循環使用也必須符合高潔淨標準。

綜合而言，Ti6Al4V 的列印不只是材料層面的挑戰，更涉及設備穩定度與製程控制的整體性，也正因為這些挑戰使得鈦合金Ti6Al4V的金屬3D列印成為一項精密工藝。

鈦合金Ti6Al4V與3D列印的應用整合

鈦合金 Ti6Al4V 憑藉其高強度、輕量特性與卓越抗腐蝕性，成為金屬3D列印中最具代表性的材料。隨著增材製造技術的成熟，它被廣泛應用於各種高精密與高性能的產業中，不僅打破了傳統加工的設計限制，也為材料利用與產品客製化開啟更多可能。

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在實際應用上，Ti6Al4V 展現出極高的實用價值：

• 醫療領域：適用於客製化的骨科植入物、人工關節與牙科植體，具備良好的生物相容性與長期穩定性，降低排斥風險。
• 航太產業：用於飛機結構件與渦輪部件，在高溫、高壓環境下仍能維持強度，並實現結構輕量化。
• 高性能運動器材：如賽車與自行車零件，在追求極致剛性與輕量化的同時，也兼顧耐久與安全。

透過3D列印，Ti6Al4V 的幾何設計自由度大幅提升，能實現傳統工法難以加工的複雜結構與中空設計，不僅提升結構效能，也優化製造效率與材料使用率。

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