金属3D打印鞋模粉末材料选择与优化：提升性能、实现稳定量产的关键

在鞋模制造领域，金属3D打印技术曾面临鞋模制造用户的两个疑问：“3D打印金属鞋模真的能用吗？成本上，我们用得起吗？”。早期鞋模终端客户首次从用户手中看到粗糙且无法在鞋底生产中使用的金属3D打印鞋模时，这两个问题更显突出。如今，众远新材料通过超百吨以上的金属粉末材料交付，用户金属3D打印的鞋模超20000双，回应了鞋模用户关切的问题。

“3D Science Valley 白皮书 图文解析

众远新材料从鞋模3D打印金属粉末材料的关键特性、选型逻辑以及如何实现稳定的材料供应等角度，解析了实现金属3D打印鞋模量产的路径。

图：金属3D打印鞋模

金属粉末材料三大指标：

— 为鞋模3D 打印奠定“材料基因” —

从粉末材料视角出发，金属3D打印鞋模的精度、强度与寿命和材料颗粒尺寸、形状与夹杂、氧含量三大指标相关。在此之上，通过与增材制造设备及用户的工艺共创，进一步释放模具的高精度、高强度与长寿命。

1.颗粒尺寸：15-53m黄金区间

粉末颗粒需控制在15-53μm正态分布范围内。若颗粒过小（＜15μm），易导致流动性下降，影响铺粉均匀性；若颗粒过大（＞53μm），则会影响铺粉层厚、壁厚，打印件表面粗糙度升高。

2.高球形度低夹杂：成型质量的双重保障

• 球形度：原则上“越圆越好”，球形粉末能更顺畅地在送粉装置中输送，并均匀地铺展在成形区域，不易在粉末床中形成空隙或堆积，从而减少“架桥现象”，提升层间结合强度。

• 空心粉率与夹杂：空心粉率“越低越好”，且要减少夹杂。空心粉（内部含气孔）或外来杂质在增材制造过程中无法被激光瞬间融化，会形成沙孔或开裂缺陷。可能产生夹杂的原因包括：金属粉末材料的成型工艺过程当中；金属粉末材料的生产运转处理的过程当中。如果是用户生产现场，还有可能是在金属粉末的周转过程当中，掉入了一些杂质。

图：开裂的金属3D打印鞋模样件

3.氧含量：控制在＜100PPM，提升韧性与鞋模寿命。

金属3D打印对氧含量极为敏感，通常要求氧含量＜1000PPM。众远通过工艺优化，将鞋模专用粉末氧含量控制在100PPM以内，显著提升3D打印件冲击韧性。例如，经过不同批次的测试，众远生产316L不锈钢粉末打印样件，冲击韧性达130J/m²左右；而氧含量1000PPM的样件，冲击韧性约90J/m²。低氧含量（＜300PPM）的316L 3D打印样件比高氧含量（＜1000PPM）的样件冲击韧性高近40%，相当于鞋模寿命提升近40%。

此外，粉末材料氧含量高，还会有其他的影响。比如，导致3D打印件机械性能下降、影响导电率等。如果用户用来3D打印爆米花鞋模，则对材料的耐腐蚀性、耐锈性有较高要求。此时，如果粉末材料氧含量比较高，而且含有一些杂质，将影响其耐腐蚀性，导致鞋模更易生锈、被腐蚀。

鞋模金属粉末

— 如何定义专用？

不同鞋模类型对材料的强度、硬度、导热性要求不同。众远根据鞋模用户需求，众远开发了增材制造钢材316L不锈钢、XM-7模具钢粉末，以及增材制造铝基类材料AlSi10Mg、ZY6061，覆盖不同的应用场景。

1、316L：鞋模量产的“基础款优选”

316L是目前金属3D打印鞋模的主流材料，其综合性能优于传统鞋模材料（如A3钢、45号钢、P20钢材）。

应用成果：众远某客户通过3D打印 316L 粉末材料单个型体批量生产的鞋模，良率达98%以上，模具寿命达传统鞋模的2倍，通过这些鞋模生产的鞋底超450万双。单一型体的量产已超过400-500双以上。

2、XM-7模具钢：鞋模的性能升级款

针对高导热、高硬度需求的3D打印鞋模（如复杂花纹注塑模），众远研发了XM-7模具钢粉末，核心优势在于：

• 力学性能：打印态硬度23-26HRC，热处理后可达＞30HRC，抗拉屈服强度接近316L的2-3倍。

• 导热效率：导热率＞30 W/(m·K)（316L约15 W/(m·K)），加速鞋底冷却成型，提升生产效率。

• 可腐蚀、咬花：材料打印后进行化学腐蚀咬花，可满足鞋模对浅花纹（深度＜0.12 mm）的化学咬花需求。

• 工艺适配性：支持补焊（补焊后咬花深度一致）、传统电镀及纳米电镀，解决3D打印鞋模后期花纹修改难题。

• 易打印易成型：作为铁基材料，易于打印成型且精度可控。

• 机械性能：

3、ZY6061：抗开裂铝合金粉末

除了常用铝合金3D打印粉末AlSi10Mg ，众远新材料已于2022年研发成功并取得专利的ZY6061 铝合金粉末,是市场首款金属3D打印6系铝合金材料，降低了传统6系铝合金材料打印的开裂倾向。ZY6061兼具良好的焊接性和导热性，并能用于阳极氧化着色。该材料在鞋模制造和工业零件制造领域已得到大批量的应用。其导热性优于AlSi10Mg，从而提升模具的成型效率。

百吨级粉末的稳定交付

— 为鞋模增材制造守住材料一致性 —

实现金属鞋模增材制造量产，离不开粉末材料的稳定供应。众远通过“技术核心+产能布局+质量管控”三重体系，保障百吨级增材制造粉末的持续交付。

1.技术与产能：真空气雾化制粉为核心，年产能规划超万吨

• 技术核心以“真空气雾化制粉”为核心，自主研发粉末生产设备与工艺路线、自主设计各种材料成分，产品覆盖模具钢、不锈钢、铝合金、钛合金、高温合金等多系列。
• 产能布局总部位于宁波，目前，公司拥有一个研发实验室，三个生产基地和六个销售公司。总部＋基地建设结束后，年产可将达万吨以上。

• 团队与研发：员工超200人，创始团队均毕业于哈尔滨工业大学，并与中科院、浙江大学、上海交大、上海大学等全球各大高校和科研机构合作开发新材料

• 生产过程：全流程追溯，从原材料入场检测到生产、后处理直至成品包装全流程可追溯。单一桶持有自己的“身份证”。（包括粉末留样、原材料留样）。

• 包装与检测：采用彩色包装区分不同牌号，既易区分又满足批量需求，标签可追溯重量、生产日期、批次等信息；所有粉末出厂前均经过二次检测，随货附带检测报告，确保批次的质量稳定性。

从“技术可行”到“规模量产”：

—众远的全周期质量保障—

众远新材料以增材制造金属粉末的全生命周期质量控制为核心，通过自主研发与创新能力，实现金属粉末材料从生产到应用的稳定可控，同时依托团队20年以上的制粉经验以及10年以上的粉末生产经验与标准化自动化流程，为金属鞋模增材制造提供“安全生产”底层支撑。众远新材料以超百吨金属粉末交付对“金属3D打印鞋模能用吗？用的起吗？”这两个问题给出了肯定的答案。

众远表示，未来将继续携手终端用户与设备合作伙伴，通过工艺优化与降本增效探索，继续推动鞋模增材制造从“技术可行”走向“规模普及”，为行业提供从材料选型到稳定供应的全周期支持，共同释放金属3D打印鞋模的量产价值。

*注：本文探讨的金属3D打印或增材制造技术指：粉末床选区激光熔融技术。

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