据有关数据分析报告显示，未来市场3D复合打印材料的规模将不断增加，金属材料的应用也会逐年上升，预计2022年复合材料有望达到1.11亿美元，3D打印金属材料的市场规模达到8亿美元，金属材料的研发生产将有更广阔的市场空间。
今天，小编就为大家整理了有关金属3D打印材料、技术以及应用等方面的内容~
一、金属3D打印材料
与普通材料不同的是，3D打印材料需要应用特有的技术进行制备，来满足3D打印产品及3D打印设备对材料的特殊要求。根据所使用的3D打印技术的不同、制造的零件用途不同，所需要的材料也不相同。
金属3D打印材料主要有粉末形式和丝材形式。粉末材料是最常用的材料，主要材质包括钴基合金、不锈钢、工具钢、模具钢、镍基合金、钛及钛合金，以及各系铝合金等。
1.工具钢和马氏体钢
以工具钢和马氏体钢为例，工具钢的适用性来源于其优异的硬度、耐磨性和抗形变能力，以及在高温下保持切削刃的能力。马氏体钢，以马氏体300为例，又称“马氏体时效”钢，在时效过程中的高强度、韧性和尺寸稳定性都是众所周知的。由于高硬度和耐磨性，马氏体300才适用于许多模具的应用，例如，注塑模具、轻金属合金铸造、冲压和挤压等，同时，其也广泛应用于航空航天、高强度机身部件和赛车零部件。
2.不锈钢
目前，应用于金属3D打印的不锈钢主要有三种：奥氏体不锈钢316L、马氏体不锈钢15-5PH、马氏体不锈钢17-4PH。
奥氏体不锈钢316L，具有高强度和耐腐蚀性，可在很宽的温度范围下降到低温，可应用于航空航天、石化等多种工程应用，也可以用于食品加工和医疗等领域。
马氏体不锈钢15-5PH，又称马氏体时效（沉淀硬化）不锈钢，具有很高的强度、良好的韧性、耐腐蚀性，而且可以进一步的硬化，是无铁素体。目前，广泛应用于航空航天、石化、化工、食品加工、造纸和金属加工业。
马氏体不锈钢17-4PH，在高达315℃下仍具有高强度高韧性，而且耐腐蚀性超强，随着激光加工状态可以带来极佳的延展性。
3.合金
金属3D打印材料应用最为广泛的金属粉末合金主要有纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金、铜基合金等。
（1）纯钛及钛合金
目前应用于市场的纯钛，又称商业纯钛，分为1级和2级粉体，2级强于1级，对于大多数的应用同样具有耐腐蚀性。因为纯钛2级具有良好的生物相容性，因此在医疗行业具有广泛的应用前景。
钛是钛合金产业的关键。目前，应用于金属3D打印的钛合金主要是钛合金5级和钛合金23级，因为其优异的强度和韧性，结合耐腐蚀、低比重和生物相容性，所以在航空航天和汽车制造中具有非常理想的应用，而且，因为强度高、耐疲劳性强，应用于生产生物医学植入物。
（2）铝合金
目前，应用于金属3D打印的铝合金主要有铝硅AlSi12和AlSi10Mg两种。铝硅12，是具有良好的热性能的轻质增材制造金属粉末，可应用于薄壁零件如换热器或其他汽车零部件，还可应用于航空航天及航空工业级的原型及生产零部件；硅/镁组合使铝合金更具强度和硬度，使其适用于薄壁以及复杂的几何形状的零件，尤其是在具有良好的热性能和低重量场合中。
（3）镍基合金
一般情况下，镍基合金都具有良好的抗拉伸、抗疲劳和抗热疲劳性能。目前，主要有Inconel 738、Hastelloy X、Inconel 625、Inconel 713、Inconel 718等。
Inconel 738具有良好的高温蠕变断裂强度，抗热腐蚀性是较低铬含量的超合金，可长期暴露于高达920-980℃的高温腐蚀性的环境中，适用于飞机发动机、燃气轮机。
Hastelloy X在高温下具有高强度和抗氧化性，在高达1200℃的环境中，也具有良好的延展性，目前，主要应用于航空航天技术中，例如燃气轮机部件和燃烧区组件如过渡管、燃烧器罐、喷杆、排气管、加力燃烧室等；而且还因为具有耐应力腐蚀开裂的性能，应用于工业炉、石油化工及化学过程工业中。
Inconel 625在高温约815℃的条件下依然具有良好的负载性能，而且耐腐蚀性强，广泛应用于航空航天、化工及电力工业中。
Inconel 713具有优异的抗热疲劳性能，以及在927℃的特殊断裂强度，适用于喷气发动机燃气轮机叶片。
Inconel 718是基于铁镍硬化的超合金，具有良好的耐腐蚀性及耐热、拉伸、疲劳、蠕变性，适用于各种高端应用，例如，飞机涡轮发动机和涡轮机等。
4）钴铬合金
钴铬合金具有高强度、耐腐蚀性强、良好的生物相容性以及无磁性的性能，主要应用于外科植入物包括合金人工关节、膝关节和髋关节，同时其还可用于发动机部件以及时装、珠宝行业等。
5）铜基合金
应用于市场的铜基合金，俗称青铜，具有良好的导热性和导电性，可以结合设计自由度，产生复杂的内部结构和冷却通道，适合冷却更有效的工具插入模具，如半导体器件，也可用于微型换热器，具有壁薄、形状复杂的特征。
二、金属3D打印技术
现在主流的金属3D打印技术有：选择性激光熔化（SLM）、激光近净成型（LENS）和电子束选区熔化（EBSM）技术、直接能量沉积（DED）技术等。
1、SLM（选择性激光熔化技术 ）
SLM是目前金属3D打印成型中最普遍的技术，其工作原理为:计算机将物体的三维数据转化为一层层截面 2D数据并传输给打印机，打印过程中，在基板上用刮刀铺上设定层厚的金属粉末，聚焦的激光在扫描振镜的控制下按照事先规划好的路径与工艺参数进行扫描，金属粉末在高能量激光的照射下其发生熔化，快速凝固，形成冶金结合层。当一层打印任务结束后， 基板下降一个切片层厚高度，刮刀继续进行粉末铺平，激光扫描加工，重复这样的过程直至整个零件打印结束。
该技术的优势在于可以广泛应用于复杂形状的金属零件的批量生产，而且大多数金属粉末都适用于这种技术，包括钛合金、铝合金、高温合金、铜合金、钴铬合金、 不锈钢、高强钢、模具钢等，得到的零件致密度几近100%。
2、LENS（激光熔覆沉积技术）
LENS是一种基于同轴送粉的，激光束在控制下，按照预先设定的路径，进行移动；同时，粉末喷嘴将金属粉末直接输送到激光光斑下，使之由点到线、由线到面的顺序凝固，从而完成一个层截面的打印工作，这样层层叠加，制造出的零部件实体。使用该技术的打印机通常会与相应的CNC铣削单元混合使用。
与SLM最大不同在于，其粉末通过喷嘴聚集到工作台面，与激光汇于一点，粉末熔化冷却后获得堆积的熔覆实体。
3、EBSM/EBM（电子束选区熔化技术）
EBM是通过在真空环境下使用电子束扫描、熔化粉末材料，逐层沉积制造3D金属零件的工艺。EBM的电子束输出能量通常比SLM的激光输出功率大一个数量级，扫描速度也远高于SLM，因此EBM在构建过程中，需要对造型台整体进行预热，防止成型过程中温度过大而带来较大的残余应力。相对于SLM技术加工效率更高，成本也更低，但技术难度相对更高。
4、DED（直接能量沉积技术）
由激光或其他能量源在沉积区域产生熔池并高速移动，材料以粉末或丝状直接送入高温熔区，熔化后逐层沉积，称之为激光直接能量沉积增材制造技术。由于打印输出不在平坦的粉末床中完成，所以直接能量沉积技术的另一个优势是它可以在修复现有物体的同时制造出一个新的物体。虽然用这种技术生产的物体需要进行一定程度的表面处理（如用机器进行抛光），但它们也能作为致密的金属零件直接使用。
三、金属3D打印材料的应用
金属3D打印材料的应用领域相当广泛，例如，石化工程应用、航空航天、汽车制造、注塑模具、轻金属合金铸造、食品加工、医疗、造纸、电力工业、珠宝、时装等。 但是，因为金属3D打印材料本身的材料属性，其都有特定的应用领域范围，因此，金属3D打印材料选择的过程是一个权衡多个因素的过程。而且，3D打印金属不能仅仅凭借金属3D打印机的参数来衡定，每种金属材料都有适合自身特性的极限点，包括应用、功能、稳定性、耐久性、美观性、经济性都是设计师要考虑的因素。