3D打印金屬材料（又稱金屬增材制造材料）是高級(jí)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(guò)高能激光或電子束選擇性熔化金屬粉末，實(shí)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(wú)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(gè)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(duì)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(lái)，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。激光選區(qū)熔化（SLM）是當(dāng)前主流的金屬3D打印技術(shù)之一。冶金鈦合金粉末

金屬3D打印正在突破傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)的極限，尤其是大型鋼結(jié)構(gòu)與裝飾構(gòu)件的定制化生產(chǎn)。荷蘭MX3D公司利用WAAM（電弧增材制造）技術(shù)，以不銹鋼和鋁合金粉末為原料，成功打印出跨度12米的鋼橋，其內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)使重量減輕40%，同時(shí)承載能力達(dá)5噸。該技術(shù)通過(guò)機(jī)器人臂配合電弧焊接逐層堆疊，打印速度可達(dá)10kg/h，但表面粗糙度較高（Ra>50μm），需結(jié)合數(shù)控銑削進(jìn)行后處理。未來(lái)，建筑行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)低成本鐵基粉末（如Fe-316L）與抗風(fēng)抗震性能優(yōu)化，例如迪拜3D打印辦公樓項(xiàng)目中，鈦合金加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)使整體結(jié)構(gòu)抗扭強(qiáng)度提升30%。浙江金屬粉末鈦合金粉末咨詢鋁合金與鈦合金的復(fù)合打印技術(shù)正在實(shí)驗(yàn)階段。

鎳基高溫合金（如Inconel 718、Hastelloy X）是航空發(fā)動(dòng)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(wú)法實(shí)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(guò)程中易產(chǎn)生元素偏析（如Al、Ti的蒸發(fā)），需通過(guò)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(shí)效處理，以恢復(fù)γ'強(qiáng)化相分布。美國(guó)NASA通過(guò)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(lái)，低成本回收粉末的再利用技術(shù)或成行業(yè)突破口。

提升打印速度是行業(yè)共性挑戰(zhàn)。美國(guó)Seurat Technologies的“區(qū)域打印”技術(shù)，通過(guò)100萬(wàn)個(gè)微激光點(diǎn)并行工作，將不銹鋼打印速度提升至1000cm3/h（傳統(tǒng)SLM的20倍），成本降至$1.5/cm3。中國(guó)鉑力特開(kāi)發(fā)的多激光協(xié)同掃描（8激光器+AI路徑規(guī)劃），使鈦合金大型結(jié)構(gòu)件（如火箭燃料箱）的打印效率提高6倍，但熱應(yīng)力累積導(dǎo)致變形量需控制在0.1mm/m。歐洲BEAMIT集團(tuán)則聚焦超高速WAAM，電弧沉積速率達(dá)15kg/h，用于船舶推進(jìn)器制造，但表面粗糙度Ra>100μm，需集成CNC銑削單元。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(diǎn)。

碳納米管（CNT）與石墨烯增強(qiáng)的金屬粉末正重新定義材料極限。美國(guó)NASA開(kāi)發(fā)的AlSi10Mg+2% CNT復(fù)合材料，通過(guò)高能球磨實(shí)現(xiàn)均勻分散，SLM打印后導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)260W/m·K（提升80%），用于衛(wèi)星散熱面板減重40%。關(guān)鍵技術(shù)突破在于：① 納米顆粒預(yù)鍍鎳層（厚度10nm）改善與熔池的潤(rùn)濕性；② 激光參數(shù)優(yōu)化（功率400W、掃描速度1200mm/s）防止CNT熱解。另一案例是0.5%石墨烯增強(qiáng)鈦合金（Ti-6Al-4V），疲勞壽命從10^6次循環(huán)提升至10^7次，已用于F-35戰(zhàn)斗機(jī)鉸鏈部件。但納米粉末的吸入毒性需嚴(yán)格管控，操作艙需維持ISO 5級(jí)潔凈度并配備HEPA過(guò)濾系統(tǒng)。

金屬3D打印的孔隙率控制是提升零件致密性的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。冶金鈦合金粉末

鈮鈦（Nb-Ti）與釔鋇銅氧（YBCO）超導(dǎo)體的3D打印正加速可控核聚變裝置建設(shè)。美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）采用低溫電子束熔化（Cryo-EBM）技術(shù)，在-250℃環(huán)境下打印Nb-47Ti超導(dǎo)線圈骨架，臨界電流密度（Jc）達(dá)5×10^5 A/cm2（4.2K），較傳統(tǒng)線材提升20%。技術(shù)主要包括：① 液氦冷卻的真空腔體（維持10^-5 mbar）；② 超導(dǎo)粉末預(yù)冷至-269℃以抑制晶界氧化；③ 電子束聚焦直徑<50μm確保微觀織構(gòu)取向。但低溫打印速度為常溫EBM的1/10，且設(shè)備造價(jià)超$2000萬(wàn)，商業(yè)化仍需突破。冶金鈦合金粉末