（原标题：ESU-EM191金属粉末材料在模具3D打印中的应用）
在金属3D打印过程中，可能存在很多设备操作者试图避免的问题，例如孔隙、残余应力、致密度、翘曲、裂纹及表面光洁度等。
而金属3D打印中最常见的形式就是粉末床熔融，这类工艺原理是使用热源（SLM工艺使用激光，EBM工艺使用电子束）逐点将粉末颗粒熔融在一起，逐层加工至物件
因此在这些问题中，无一例外，粉末的选择起着至关重要的作用，例如：为提高表面光洁度，可采用更细的粉末、更小的层厚；球形颗粒不仅会提高粉末的流动性，也可以提高零件致密度；粉末是否存在易氧化、腐蚀元素，导致工件寿命短。
而模具钢通用要求一般有三个核心要素：硬度（强度/耐磨）；耐热性；导热性。当然需要关注什么特性也要看需求，这里说的是一般性的、大部分模具选材时会关注的，此外还有耐腐蚀、可加工性等。
但目前市面上适用于3D打印成型模具钢粉末牌号较少且种类单一，且大多进口粉末材料价格昂贵，适用性并不良好。随着增材制造在模具领域的应用不断扩张，市场现有粉末已逐渐难以满足日益增长的模具制造需求。
随着市场的优胜劣汰，不难发现一些新兴技术的冒尖。根据笔者观察到，在2018-2020年仅三年时间便有ESU-EM系列三种牌号系列粉末推向了市场且反应颇为良好，更值得一提的是这三款粉末所针对的便是模具3D打印领域。
图1：ESU毅速模具3D打印专用金属粉末
而研发并生产这些粉末的便是一家新兴的开发3D打印应用技术的科技公司。ESU毅速自2015年起通过对3D打印材料进行探索研究，先后开发出ESU-EM181、ESU-EM191、ESU-EM201以及ESU-EM213等模具3D打印专属材料。在每款粉末研发中其侧重点也有所不同，例如ESU-EM181在性能上偏向工件韧性方面以及后期加工，而ESU-EM191则侧重点在于不锈钢的特性：耐磨耐腐蚀,ESU-EM201偏向高导热。下面笔者将从粉末的各个方面对EUS毅速EUS-EM1913D打印模具不锈钢粉末进行详细的介绍。
领跑从创新开始
ESU-EM191（3D打印模具不锈钢粉末—高耐磨、高抛光）
图2：ESU-EM191 3D打印模具不锈钢粉末展示图及物性表
ESU-EM191是EUS毅速独家研发的适用于增材制造的不锈钢，这种钢材可适用于对硬度、韧性和抛光均有要求的多种应用领域，此材料兼具模具钢材良好的机械性能、导热性能和抛光性能，同时，此材料在3D打印沉积态，具备比模具钢更优的致密度。ESU-EM191根据其独特的综合性能使其成为耐腐蚀、高耐磨和高硬度的中小型增材制造模具钢首选。
性能特点：高硬度、优良的耐腐蚀性、优良的耐磨性、优良的抛光性、良好的机加工性能。
产品标签：高耐磨、高抛光
在保持其传统模具钢材同等的强度、硬度、导热系数、致密度等性能之外，其打印成型件更具备良好的耐腐蚀性、耐磨性以及防锈功能。
粉末特征
化学成分表
而这款粉末的应用场景，据ESU毅速工程师介绍当模具制作时若需满足以下要求，我们便可以采用ESU-EM191模具不锈钢粉末并能够取得良好的效果。
1.有耐腐蚀/锈蚀要求的领域
腐蚀性的塑料成型
必须在潮湿环境下工作与存放的模具
2.有耐磨损要求的领域
塑胶原料包含玻纤等磨损性较大的添加物
长寿命的模具如一次性餐具容器
3.有高表面要求的领域
医疗器皿模具
管坯瓶盖等食品包装模具
化妆品包装模具
应用案例：电子连接器模具水路设计及材料分析
图3：产品实例：电子连接器模具
而实际效果ESU毅速工程师表示在制作电子连接器模具中他们已采用这种粉末打印成型，且效果良好。（如图3所示工件）
图4：电子连接器随形水路示意图及打印实体图
案例工件为塑胶产品为电子连接器，产品公差较严并且产品较小原始模具无水路，成型周期长，且生产过程中成品尺寸不稳定。
ESU毅速设计方案通过3D打印技术在连接器模具内部设计随形水路，使水路遍布模具型腔，从而冷却效率，缩短成型周期并均衡模温，缩小产品公差提高产品质量。
而在打印材料上：ESU毅速设计师表示采用的就是自主研发的ESU-EM191（3D打印模具不锈钢粉末—高耐磨、高抛光）金属粉末，那么这种粉末特性无疑给予模具产品巨大的优势。
因连接器的注塑产品材料一般为高波纤，较高的玻纤材料对于模具的冲刷作用较强，对模具会产生磨损，因此作为电子连接器模具应具备较强的耐磨性。ESU-EM191这款材料高强度/硬度源于＞0.2wt.%的C以及Cr、Si、Mo等元素的固溶强化，同时调控V、Nb、Mo的含量提高了析出强化作用，使模具有更加明显的二次硬化效果。采用ESU-EM1913D打印模具专用金属粉末打印出的模具工件一般可开50万模次。
此外防锈防腐蚀是作为3D打印模具工件必备的一个性能，因为3D打印工件其内部水路非常细小，材料若易生锈则对随形水路造成堵塞的风险导致冷却流量减少，冷却周期增长。而ESU-EM191的防锈性能源于≮13wt.%的Cr含量，促进晶界析出M23C6型碳化物，也赋予钢材良好的耐腐蚀性能。
针对表面需求可抛光性能也是连接器模具一个必备要素并且3D打印模具成型后存在一定的开裂风险。对于此类问题，ESU毅速工程师讲解到，ESU-EM191粉末成分优化后Ni元素的适当提高，通过提高材料本征韧性而大大降低热处理裂纹的出现。
因此ESU毅速设计师在设计3D打印方案中除了利用随形水路缩短产品成型周期，提高产品良率外，材料上采用ESU-EM191（3D打印模具不锈钢粉末）打印，从而提高产品耐用性，防锈防腐蚀性保障模具工件寿命。
在产品的物理性能、机械性能以及后期热处理方面，ESU毅速也进行了反复实验研究，给出以下具体数据信息：
物理性能
数据源自致密度>99.9%的加工样品，回火至硬度50 HRC，室温与高温下的数据。
机械性能
数据源自致密度>99.9%的加工样品，回火至硬度50 HRC。拉伸强度为近似值。
热处理
ESU-EM191在增材制造成型只用一步回火处理即可达到较高的使用要求。
退火
在保护气氛下加热到800℃，保温2小时，
然后以10-20℃/小时的速度冷却到600℃，
然后空冷。
淬火
1040±10℃，保温15-30分钟
去应力回火
比回火温度低20℃保温2小时
回火/tempering
较高的回火温度可以得到更高的韧性，建议回火两次,具体回火曲线如下：
通过3D打印成型的模具工件往往不能直接应用，一般会通过后期机床加工从而调整模具尺寸精度以及粗糙度。在这里ESU毅速工程师给到了后期机加工建议。
机加工建议
不管是在粉末材料的性能参数，还是应用场景上ESU-EM191（3D打印模具不锈钢金属粉末-高耐磨、高抛光）已适用了大多数模具制造的要求，并且与3D打印技术相适应。因此笔者认为ESU-EM191推向市场将极大的推动模具3D打印的发展与进步。
而根据ESU毅速工艺研发经理透露，ESU毅速在新粉末ESU-EM201（3D打印高导热模具钢粉末—耐腐、耐磨）应用成熟之后还会推出一款新的粉末：ESU-EM213（3D打印热作模具钢粉末—耐高温、韧性好）继续完善现有的粉末体系，推动模具3D打印的发展。目前研发工作已步入尾声，让我们共同期待这款新型粉末的推出。
粉末材料，在模具3D打印中拥有着至关重要的地位，究竟合不合适新技术、新产品，我们都要重复大量的试验，得到精确的数据以及得到客户良好的市场反馈。从最早的ESU-EM181、ESU-EM191、ESU-EM201、到未来的ESU-EM213，经过不断完善ESU毅速EM系列3D打印专用金属粉末体系的建立或将成为3D打印新材料市场的行业标准，为推动模具制造的发展做出巨大的贡献。
