技術專欄 | 金屬3D列印材料選擇與熱處理工藝

在金屬增材製造（AM）領域，選擇正確的材料僅是第一步。要使零件具備工業級的機械強度、硬度與耐磨性，熱處理（Heat Treatment）是不可或缺的核心製程。透過精確控溫，我們能調整金屬的微觀結構，使其在延展性與韌性之間達到完美平衡。

本文將深入探討兩大工業主力材料——17-4 PH 不鏽鋼與 H13 工具鋼，並分析最新型複合式機型 Markforged FX10 如何優化這些材料的生產表現。

17-4 PH 以卓越的機械強度與抗腐蝕性著稱，廣泛應用於航太、石化及醫療產業。

應用實例：液壓驅動器的執行器外殼。由於球軸承需在內部通道反覆運行，零件必須具備極高的耐磨性。
熱處理資訊：
- FX10 產出狀態：燒結後的零件處於近退火狀態，極易進行後加工。
- 強化流程：燒結後的 17-4 PH 無需預先退火即可直接進行沉澱硬化（Precipitation Hardening）。透過調整加熱溫度與時間（採空冷），即可依需求客製化零件硬度。

H13 屬於熱作模具鋼，專為高溫環境下的硬度與抗磨損需求而設計。

應用實例：注塑模具嵌件、模芯及擠壓模具。H13 能抵抗熱疲勞與過早產生的熱裂紋（Heat-checking）。
熱處理流程要點：
1. 退火 (Anneal)：H13 在燒結後非退火狀態。需加熱至 845-900°C 並緩慢降溫，使硬度維持在 90-95 HRB 以利後續加工。
2. 奧氏體化與淬火：採雙重預熱減少變形，快速加熱至 982-1032°C 後進行空冷淬火。
3. 回火 (Temper)：淬火後需立即回火，建議進行二次回火以最大化韌性並防止開裂。

雖然上述材料技術已存在多年，但 Markforged FX10 作為最新一代旗艦複合機型，在處理這些複雜熱處理需求的材料時，展現了超越 Metal X 的戰略優勢：

更大的列印尺寸與致密度：FX10 提供顯著增加的建構體積，且透過更高精度的擠出系統，確保了金屬線材堆疊的緻密性，使熱處理後的性能更接近鍛造規格。
微米級雷射監控：FX10 內建感測器能實時掃描零件表面，比對 CAD 模型。這在處理燒結收縮率較高的 H13 工具鋼時，能確保最終幾何精度的穩定。
一機多用的彈性 (ROI)：FX10 支援 Metal Kit 模組化升級。企業能隨時在 Onyx 碳纖維與金屬材料間切換，實現治具開發與終端金屬零件生產的高效整合。