第1章　金屬3D打印概述

金屬3D打印技術是一種“變革性”的“高性能材料制備與金屬零件近凈成形”一體化先進制造技術，它解決了兼顧復雜形狀和高性能金屬構件快速制造的技術難題，為新產品的快速研發和創新設計，進而實現產品結構輕量化、高性能化和低成本化創造了重要的技術途徑。金屬3D打印技術可成形精密復雜和大型復雜高強度合金零件，可直接用于航空、航天功能結構件；可成形具有復雜功能設計要求，傳統方法難以制造甚至無法直接制造的零件，用于結構驗證、功能測試、批量直接應用等；可以根據用戶設計要求成形制造個性化、小批量、柔性定制產品，應用于生物醫學、航空航天、汽車、精密儀器等領域。同時，這項技術還可用于金屬零部件的高性能修復和再制造，實現高性能金屬零件的全壽命制造和保障，并可與傳統技術相結合形成復合或組合制造，提升傳統制造技術的效能，促進傳統制造技術的升級改造。

金屬3D打印是目前3D打印技術和產業發展最為迅速的方向。美國專門從事3D打印技術咨詢服務的Wohlers協會的統計結果表明，2012～2016年，全球工業級金屬3D打印裝備銷售量年均增長率達到50%，是同期非金屬3D打印裝備的年均增長率（15.62%）的3倍多［1］。2017年新增1768臺，增速超過80%，總裝機量已達到5743臺［2］。在裝備技術的帶動下，金屬3D打印材料研究體系不斷豐富，鈦合金、鎳基高溫合金、鋁合金、不銹鋼等金屬材料的3D打印技術日益成熟。2017年9月，Nature報道了一種基于納米形核劑的普適性3D打印技術，有效解決了鋁合金增材制造過程中開裂的技術難題，制備的7075和6061鋁合金的強度已接近鍛造鋁合金的水平［3］。2017年10月，Nature Materials報道通過3D打印工藝參數的優化和控制，制備了微觀組織橫跨6個尺度的多級結構高強韌316L不銹鋼，其強度和塑性遠超傳統鑄造和鍛造316L不銹鋼［4］。金屬3D打印裝備和材料技術的發展極大帶動了應用市場的繁榮，應用端已呈現快速擴展態勢。航空航天和生物醫療是目前金屬3D打印技術應用的兩個主要領域。美國通用電氣公司計劃將在2020年采用金屬3D打印技術制造10萬個航空發動機用燃油噴嘴。截至2017年11月，全球采用粉末床電子束3D打印技術制備的鈦合金髖臼杯臨床應用已超過10萬例。

總之，金屬3D打印技術具有的高性能自由實體成形制造特征，使其在航空航天、生物醫療、動力能源等高技術相關領域具有廣闊的應用前景，并已對這些領域的技術進步產生了革命性的影響。鑒于此，世界各國紛紛將金屬3D打印作為未來產業發展新的增長點重點培育，力爭搶占未來科技和產業制高點。