第1章　金属3D打印概述

金属3D打印技术是一种“变革性”的“高性能材料制备与金属零件近净成形”一体化先进制造技术，它解决了兼顾复杂形状和高性能金属构件快速制造的技术难题，为新产品的快速研发和创新设计，进而实现产品结构轻量化、高性能化和低成本化创造了重要的技术途径。金属3D打印技术可成形精密复杂和大型复杂高强度合金零件，可直接用于航空、航天功能结构件；可成形具有复杂功能设计要求，传统方法难以制造甚至无法直接制造的零件，用于结构验证、功能测试、批量直接应用等；可以根据用户设计要求成形制造个性化、小批量、柔性定制产品，应用于生物医学、航空航天、汽车、精密仪器等领域。同时，这项技术还可用于金属零部件的高性能修复和再制造，实现高性能金属零件的全寿命制造和保障，并可与传统技术相结合形成复合或组合制造，提升传统制造技术的效能，促进传统制造技术的升级改造。

金属3D打印是目前3D打印技术和产业发展最为迅速的方向。美国专门从事3D打印技术咨询服务的Wohlers协会的统计结果表明，2012～2016年，全球工业级金属3D打印装备销售量年均增长率达到50%，是同期非金属3D打印装备的年均增长率（15.62%）的3倍多［1］。2017年新增1768台，增速超过80%，总装机量已达到5743台［2］。在装备技术的带动下，金属3D打印材料研究体系不断丰富，钛合金、镍基高温合金、铝合金、不锈钢等金属材料的3D打印技术日益成熟。2017年9月，Nature报道了一种基于纳米形核剂的普适性3D打印技术，有效解决了铝合金增材制造过程中开裂的技术难题，制备的7075和6061铝合金的强度已接近锻造铝合金的水平［3］。2017年10月，Nature Materials报道通过3D打印工艺参数的优化和控制，制备了微观组织横跨6个尺度的多级结构高强韧316L不锈钢，其强度和塑性远超传统铸造和锻造316L不锈钢［4］。金属3D打印装备和材料技术的发展极大带动了应用市场的繁荣，应用端已呈现快速扩展态势。航空航天和生物医疗是目前金属3D打印技术应用的两个主要领域。美国通用电气公司计划将在2020年采用金属3D打印技术制造10万个航空发动机用燃油喷嘴。截至2017年11月，全球采用粉末床电子束3D打印技术制备的钛合金髋臼杯临床应用已超过10万例。

总之，金属3D打印技术具有的高性能自由实体成形制造特征，使其在航空航天、生物医疗、动力能源等高技术相关领域具有广阔的应用前景，并已对这些领域的技术进步产生了革命性的影响。鉴于此，世界各国纷纷将金属3D打印作为未来产业发展新的增长点重点培育，力争抢占未来科技和产业制高点。