3D打印金屬材料（又稱金屬增材制造材料）是高級制造業(yè)的主要突破方向之一。其技術(shù)原理基于逐層堆積成型，通過高能激光或電子束選擇性熔化金屬粉末，實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的直接制造。與傳統(tǒng)鑄造或鍛造工藝相比，3D打印無需模具，可大幅縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，尤其適用于航空航天領(lǐng)域的小批量定制化部件。例如，GE航空采用鈦合金3D打印技術(shù)制造的燃油噴嘴，將20個傳統(tǒng)零件整合為單一結(jié)構(gòu)，重量減輕25%，耐用性明顯提升。然而，該技術(shù)對粉末材料要求極高，需滿足低氧含量、高球形度及粒徑均一性，制備成本約占整體成本的30%-50%。未來，隨著等離子霧化、氣霧化技術(shù)的優(yōu)化，金屬粉末的工業(yè)化生產(chǎn)效率有望進(jìn)一步提升。鈦合金粉末的等離子霧化技術(shù)可減少雜質(zhì)含量。海南鈦合金鈦合金粉末價格
鎳基高溫合金（如Inconel 718、Hastelloy X）是航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片的主要材料。3D打印可制造內(nèi)部冷卻流道等傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使葉片耐溫能力突破1000℃。然而，高溫合金粉末的打印面臨兩大難題：一是打印過程中易產(chǎn)生元素偏析（如Al、Ti的蒸發(fā)），需通過調(diào)整激光功率和掃描速度優(yōu)化熔池穩(wěn)定性；二是后處理需結(jié)合固溶強(qiáng)化和時效處理，以恢復(fù)γ'強(qiáng)化相分布。美國NASA通過EBM（電子束熔化）技術(shù)打印的Inconel 718渦輪盤，抗蠕變性能提升15%，但粉末成本高達(dá)$300-500/kg。未來，低成本回收粉末的再利用技術(shù)或成行業(yè)突破口。 吉林金屬材料鈦合金粉末咨詢金屬粉末的球形度提升技術(shù)是當(dāng)前材料研發(fā)的重點。
碳纖維增強(qiáng)鋁基（AlSi10Mg+20% CF）復(fù)合材料通過3D打印實現(xiàn)各向異性設(shè)計。美國密歇根大學(xué)開發(fā)的定向碳纖維鋪放技術(shù)，使復(fù)合材料沿纖維方向的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)220W/m·K，垂直方向為45W/m·K，適用于定向散熱衛(wèi)星載荷支架。另一案例是氧化鋁顆粒（AlO）增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料，硬度提升至650HV，用于航空發(fā)動機(jī)耐磨襯套。挑戰(zhàn)在于增強(qiáng)相與基體的界面結(jié)合一一采用等離子球化預(yù)包覆工藝，在鈦粉表面沉積200nm AlO層，可使界面剪切強(qiáng)度從50MPa提升至180MPa。未來，多功能復(fù)合材料（如壓電、熱電特性集成）或推動智能結(jié)構(gòu)件發(fā)展。
材料認(rèn)證滯后制約金屬3D打印的工業(yè)化進(jìn)程。ASTM與ISO聯(lián)合工作組正在制定“打印-測試-認(rèn)證”一體化標(biāo)準(zhǔn)，包括：① 標(biāo)準(zhǔn)試樣幾何尺寸（如拉伸樣條需包含Z向?qū)娱g界面）；② 疲勞測試載荷譜（模擬實際工況的變幅加載）；③ 缺陷驗收準(zhǔn)則（孔隙率<0.5%、裂紋長度<100μm）。空客A350機(jī)艙支架認(rèn)證中，需提交超過500組數(shù)據(jù)，涵蓋粉末批次、打印參數(shù)及后處理記錄，認(rèn)證周期長達(dá)18個月。區(qū)塊鏈技術(shù)的引入可實現(xiàn)數(shù)據(jù)不可篡改，加速跨國認(rèn)證互認(rèn)。航空航天領(lǐng)域利用鈦合金打印耐高溫發(fā)動機(jī)部件。
金屬-陶瓷或金屬-聚合物多材料3D打印正拓展功能器件邊界。例如，NASA采用梯度材料打印的火箭噴嘴，內(nèi)層使用耐高溫鎳基合金（Inconel 625），外層結(jié)合銅合金（GRCop-42）提升導(dǎo)熱性，界面結(jié)合強(qiáng)度達(dá)200MPa。該技術(shù)需精確控制不同材料的熔融溫度差（如銅1083℃ vs 鎳1453℃），通過雙激光系統(tǒng)分區(qū)熔化。此外，德國Fraunhofer研究所開發(fā)的冷噴涂復(fù)合打印技術(shù)，可在鈦合金基體上沉積碳化鎢涂層，硬度提升至1500HV，用于鉆探工具耐磨部件。但多材料打印的殘余應(yīng)力管理仍是難點，需通過有限元模擬優(yōu)化層間熱分布全球金屬3D打印材料市場規(guī)模預(yù)計2025年超50億美元。海南鈦合金鈦合金粉末價格
通過激光粉末床熔融（LPBF）技術(shù)，鈦合金可實現(xiàn)復(fù)雜內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)的一體化打印，用于高效散熱器件制造。海南鈦合金鈦合金粉末價格
金屬3D打印正用于文物精細(xì)復(fù)原。大英博物館采用CT掃描與AI算法重建青銅器缺失部位，以錫青銅粉末（Cu-10Sn）通過SLM打印補(bǔ)全，再經(jīng)人工做舊處理實現(xiàn)視覺一致。關(guān)鍵技術(shù)包括：① 多光譜分析確定原始合金成分（精度±0.3%）；② 微米級表面氧化層打印（模擬千年銹蝕）；③ 可控孔隙率（3-5%）匹配文物力學(xué)性能。2023年完成的漢代銅鼎修復(fù)項目中，打印部件與原物的維氏硬度偏差<5HV，熱膨脹系數(shù)差異<2%。但文物倫理爭議仍存，需在打印件中嵌入隱形標(biāo)記以區(qū)分原作。
