6.2 金属材料

适合于金属增材制造的材料品种相对较少，这就限制了增材制造的应用。目前，已有超过5000多种的金属和金属合金材料应用于工业产品中。在所有金属增材制造技术中，原料金属可以是金属丝或微米级粉末。通常粉末金属比金属丝价格贵得多，粉末也存在氧化等问题。目前，金属粉末床技术常用的打印材料有钛合金、钴铬合金、钢及镍合金、钴铬合金及铝合金等。近年来，一些难打印的材料也相继开发出来，并成功地制备出构件，如钨、镁、铜等金属或合金。

需指出的是，铝合金的增材制造比钛合金和钢难度大，主要是因为它具有高的导热性和高反射率。国内外也出现了高强度铝合金粉末和打印构件，如空客Scalmalloy合金粉末。镁合金具有的生物相容性和弹性模量可与人类骨骼相媲美，因而成为具有吸引力的生物医学应用的候选材料。但是，在激光成形过程中，镁易于燃烧也是个巨大的挑战。钨是具有最高熔点的难熔金属，高于3000℃。对医学CT设备的钨光栅的需求，也促进了用SLM技术制造出W光栅。铜和铜合金具有的高导电性和导热性，用于制造散热器、冷却部件等。由于铜在室温下对近红外光的吸收率仅为5%，所以加工窗口十分窄。通快公司开发出515nm的绿光激光器，而不采用行业内普遍使用的波长为1064nm的红外光光纤激光器。波长为450nm的高功率蓝色二极管激光束源也用来打印零件。

近来来，高熵合金（High-entropy Alloys）具有的因其优异的力学性能、耐热性、耐蚀性等性能而受到工业界的广泛重视^[10]，目前也取得了一定的研究成果，开发更多的高熵合金也是业界所希望的。通过材料基因组设计优化金属增材制造专用材料，用高通量试验来建立材料基因数据库，可以快速研发出适合增材制造的新材料。

6.3 金属打印装备

金属增材制造装备的制造能力向大尺寸、小尺寸和高速/超高速打印构件发展。对于粉末床铺粉技术，E O S推出4个激光器和400m m×400mm×400mm的生成体积设备EOS400，将生产率提升了4倍。小尺寸的打印，瞄准微纳结构的金属打印制造。多功能、智能化、移动式的金属增材制造装备也是发展趋势，设备具有多种加工场（激光、电子束、电弧等与热、磁场等复合）和高能量控制技术于一体，如增减材一体化、锻造增材一体化、纳米金属制造技术等。通过5轴、7轴和8轴机器人机械手系统，以消除传统制造方法上加支撑结构的需要。通过引入额外的电磁场，可以改善凝固状态和改变熔池的形状，加速熔池内金属流体流动，从而减少气孔等缺陷，消除残余应力，细化微观结构，优化性能。另外，打印过程中智能监控和缺陷自动识别也是未来的发展方向。