3D打印（增材制造）技術的快速發(fā)展推動金屬材料進入工業(yè)制造的主要領域。與傳統(tǒng)鑄造或鍛造不同，3D打印通過逐層堆疊金屬粉末，結合激光或電子束熔化技術，能夠制造出傳統(tǒng)工藝難以實現(xiàn)的復雜幾何結構（如蜂窩結構、內(nèi)部流道）。金屬3D打印材料需滿足高純度、低氧含量和良好流動性等要求，以確保打印過程中無孔隙、裂紋等缺陷。目前主流材料包括鈦合金、鋁合金、不銹鋼、鎳基高溫合金等，其中鋁合金因輕量化和高導熱性成為汽車和消費電子領域的熱門選擇。未來，隨著材料數(shù)據(jù)庫的完善和工藝優(yōu)化，金屬3D打印將更多應用于小批量、定制化生產(chǎn)場景。鋁合金梯度材料打印實現(xiàn)單一部件不同區(qū)域的性能定制。鋁合金工藝品鋁合金粉末
金屬粉末的易燃性與毒性促使全球安全標準趨嚴。國際標準化組織（ISO）發(fā)布ISO 80079-36:2023，規(guī)定3D打印金屬粉末的爆燃下限（LEL）測試方法與存儲規(guī)范（如鈦粉需在氮氣柜中保存）。美國OSHA要求工作場所粉塵濃度低于15mg/m，推動企業(yè)采用濕法除塵與靜電吸附系統(tǒng)。中國GB/T 41678-2022將金屬粉末運輸危險等級定為Class 4.1，UN編號UN3178。合規(guī)成本使粉末生產(chǎn)商利潤壓縮5-8%，但長遠看將減少事故率90%，為保障安全，提升行業(yè)社會認可度。黑龍江鋁合金物品鋁合金粉末價格多激光束協(xié)同打印技術將鋁合金構件成型速度提升5倍。
核能行業(yè)對材料的極端耐輻射性、高溫穩(wěn)定性及耐腐蝕性要求極高，推動金屬3D打印技術成為關鍵解決方案。法國電力集團（EDF）采用激光粉末床熔融（LPBF）技術制造核反應堆壓力容器內(nèi)壁的鎳基合金（Alloy 690）涂層，厚度精確至0.1mm，耐中子輻照性能較傳統(tǒng)焊接工藝提升50%。該涂層通過梯度設計（Cr含量從28%漸變至32%），有效抑制應力腐蝕開裂。此外，美國西屋電氣利用電子束熔化（EBM）打印鋯合金（Zircaloy-4）燃料組件格架，孔隙率低于0.2%，可在1200℃高溫蒸汽中保持結構完整性。然而，核級認證需通過ASME III標準，涉及長達數(shù)年的輻照測試與失效分析。據(jù)國際原子能機構（IAEA）預測，2030年核能領域金屬3D打印市場規(guī)模將達14億美元，年均增長12%，主要集中于第四代反應堆與核廢料處理裝備制造。
模仿生物結構（如蜂窩、骨小梁）的輕量化設計正通過金屬3D打印實現(xiàn)工程化應用。瑞士醫(yī)療公司Medacta利用鈦合金打印仿生多孔髖臼杯，孔隙率70%，彈性模量接近人體骨骼，減少應力遮擋效應50%。在航空領域，空客A320的仿生艙門支架采用鋁合金晶格結構，通過有限元拓撲優(yōu)化實現(xiàn)載荷自適應分布，疲勞壽命延長3倍。挑戰(zhàn)在于復雜結構的支撐去除與表面光潔度控制，需結合激光拋光與流體動力學后處理。未來，AI驅(qū)動的生成式設計軟件將進一步加速仿生結構創(chuàng)新。
鈦合金（如Ti-6Al-4V）憑借優(yōu)越的生物相容性、“高”強度重量比（抗拉強度≥900MPa）和耐腐蝕性，成為骨科植入物和航空發(fā)動機葉片的主要材料。3D打印技術可定制復雜多孔結構，促進骨骼細胞長入，縮短患者康復周期。在航空領域，GE公司通過3D打印鈦合金燃油噴嘴，將傳統(tǒng)20個零件集成為1個，減重25%并提高耐用性。然而，鈦合金粉末成本高昂（每公斤約300-500美元），且打印過程中易與氧、氮發(fā)生反應，需在真空或高純度惰性氣體環(huán)境中操作。未來，低成本鈦粉制備技術（如氫化脫氫法）或?qū)⑼苿悠涓鼜V泛應用。
鋁合金的比強度（強度/密度比）是輕量化設計的主要優(yōu)勢。鋁合金工藝品鋁合金粉末
納米金屬粉末（粒徑<100nm）因其量子尺寸效應和表面效應，在催化、微電子及儲能領域展現(xiàn)獨特優(yōu)勢。例如，鉑納米粉（粒徑20nm）用于燃料電池催化劑，比表面積達80m/g，催化效率提升50%。3D打印結合納米粉末可實現(xiàn)亞微米級結構，如美國勞倫斯利弗莫爾實驗室打印的納米銀網(wǎng)格電極，導電率較傳統(tǒng)工藝提高30%。制備技術包括化學還原法及等離子體蒸發(fā)冷凝法，但納米粉末易團聚，需通過表面改性（如PVP包覆）保持分散性。2023年全球納米金屬粉末市場達12億美元，預計2030年增長至28億美元，年復合增長率15%，主要應用于新能源與半導體行業(yè)。
