近20年来，3D打印技术取得了快速的发展，所用的材料种类越来越多，成形结构越来越复杂，零件的精度越来越高，使3D打印技术应用范围不断扩大。根据美国技术咨询服务协会wohler的报告，全球3D打印市场持续增长，2012年3D打印设备与服务全球直接产值是22.04亿美元。如此巨大的市场让世界各国都十分重视3D打印技术，而金属材料3D打印是3D打印技术最前沿的部分之一，在航空航天、医疗等领域应用迅速扩大，未来具有很大的发展潜力。

1、国外金属材料3D打印技术研究现状

 在20世纪90年代，激光熔融沉积成形技术(LD—MD)首先在美国发展起来。约翰霍普金斯大学、宾州大学和MTS公司通过对钛合金3D打印技术的研究，开发出一项以大功率CO2激光熔覆沉积成形技术为基础的“钛合金的柔性制造”技术，并于1997年成立了AeroMet公司。该公司在2002～2005年之间就通过3D打印技术制备了接头、内龙骨腹板、外挂架翼肋、推力拉梁、翼根吊环、带筋壁板等飞机零部件；美国Sandia国家实验室采用该技术开展了不锈钢、钛合金、高温合金等多种金属材料的3D打印研究，并成功实现了某卫星TC4钛合金零件毛坯的成形。成形过程所用时间相比传统方法明显缩短。2014年5月，美海军在巴丹号航母上硬着舰了一架前起落架损坏的鹞式战机，三个月后，“美舰艇备战中心”称舰上人员已经通过3D打印技术修复了该飞机。

 同样是在20世纪90年代，德国Fraunhofer研究所提出了利用激光选区熔化(SLM)打印金属材料的方法，并在2002年研究成功。随后多家公司推出了SLM设备，如MCP公司开发的MCPRealizer系统、EOS公司开发的EOSINT M系列，RENISHAW公司开发的AM250系统等。此外，国外多家高校及研究所如德国亚琛工业大学、英国利兹大学、利物浦大学、比利时鲁文大学、日本大阪大学以及英国焊接研究所、德国Fraunhofer激光技术研究所等得到了欧盟第六七框架计划、德国研究基金等机构及波音、洛克希德-马丁、EADS等大型航空航天企业的资助，对SLM材料特性、缺陷控制、应力控制等基础问题开展了大量研究工作。在SLM技术的应用方面，2012年GE通用电气航空集团收购了名叫Morris的3D打印企业，采用激光选区熔化3D打印技术为LEAP喷气式发动机制造燃油喷嘴，目前GE航空集团已经接受了超过4000台LEAP喷气式发动机的订单，其中要通过3D打印制造的零件数量巨大。另一方面，SLM技术在医疗领域也得到了应用，例如通过SLM技术成形Co-Cr合金的可摘除式局部义齿，不锈钢材料的基底冠、全冠和固定桥。

 20世纪90年代，瑞典的Chalmers工业大学与Arcam公司合作开发出了另一种金属材料3D打印技术一电子束选区熔化成形(EBM)技术，Aream公司随后在2003年推出了首台商用的EBM设备，并相继推出了一系列的EBM产品，客户包括国外许多工厂、高校及研究机构。EBM工艺目前主要在航空航天及生物医疗方面有所应用，目前通过EBM打印的颅骨、股骨柄、髋臼杯等骨科植入物已经得到了临床应用，EBM技术在此方向的研究应用已经较为成熟；近年来，EBM技术在航空航天领域的发展十分迅速，多家航空公司都开展了利用EBM技术制造航空发动机复杂零件的研究，其中意大利AVIO公司利用该技术成功的制备出了TiAl基合金发动机叶片，引起了航空制造界广泛关注。

2、国外政府对3D打印的支持情况

 由于3D打印技术诸多优点及其广阔的市场前景，世界上多个国家都加大了对3D打印技术的投入。2012年8月美国拨款3000万美元在俄亥俄州成立了国家增材制造创新研究所(National Additive Manufacturing Innovation Institute，NAMII)，在2013年3月，该中心从其成员项目申报中遴选了首批7项研究资助项目，总金额950万美元。在2014年1月，该中心又从其成员项目中选择了15项进行资助，总经费为1930万美元。这些项目包括了3D打印材料、工艺、装备与集成、质量控制等方面，反映出美国在3D打印领域开展了广泛的研究，产业布局较为完整；2013年6月，英国政府宣布将向18个创新型3D打印项目投入1470万英镑进行资助，项目期限是1～3年；在2013年10月，日本经济产业省设立了新物造研究工作组(Study Group on New Monodzukuri)，目的在于改变日本在3D打印技术方面落后于欧洲和美国的态势，以增强日本的全球竞争力。日本政府在2014年预算案中划拨款40亿日元用来实施以3D成形技术为核心的制造革命计划，包括金属材料3D打印设备的研发、精密3D打印系统技术的开发、3D打印零件的评价研究等。各国大力投入，促进了3D打印技术快速发展。

3、国内金属材料3D打印技术发展情况

 国内开展3D打印技术研究的时间基本与世界同步，目前开展3D打印技术研究的单位也很多，几个领先的单位和高校的工作各有特色，在某些研究领域处于国际领先地位。20世纪90年代，西北工业大学、北京航空航天大学等高校就开始了有关激光快速成形技术的研究。

 西北工业大学建立了激光快速成形系统，针对多种金属材料开展了工艺实验，近年来西工大团队采用3D打印技术打印了最大尺寸3m、重达196kg的飞机钛合金左上缘条；北京航空航天大学同样在大尺寸钛合金零件的3D打印方面开展了深入的研究，在“十一五”期间，采用激光熔融沉积方法制备出了大型钛合金主承力结构件；华中科技大学在激光选区熔化和激光选区烧结方面开展了很多工作，对金属材料及高分子材料的3D打印进行了研究，并且开发了拥有自主知识产权的SLM设备-HRPM系列粉末熔化成形设备；西安交通大学在生物医学用内置物的3D打印以及金属材料的激光熔融沉积成形方面开展了工作，完成了多例骨科3D打印个性化修复的临床案例，通过激光熔融沉积制备了发动机叶片原型，最薄处可达0.8mm，并具有定向晶组织结构。清华大学在国内也较早地开展了3D打印技术研究，研究领域主要是在电子束选区熔化(EBM)技术方面，并且研发了相关的3D打印设备。

 国内除了高校之外，许多研究所也在开展3D打印技术研究。西北有色金属研究总院在电子束选区熔化工艺及设备研发方面进行了研究，并开展了钛合金、TiAl合金的电子束熔化成形工艺研究；中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所开展了电子束熔丝沉积成形的研究工作，并具备此类设备的研发能力，采用这种方法已经成形出2100mm×450mm×300mm钛合金主承力结构件；中国航空工业集团公司北京航空材料研究院近年来开展了激光熔融沉积成形的系统研究，发挥了航材院材料、工艺、检测、失效分析等专业优势，成立了由多专业联合参与的“3D打印研究与工程技术中心”，旨在推动3D打印技术在航空、航天、生物医学等领域的快速应用，特别在金属基复合材料、梯度材料、超高温结构材料、航空关键件修复等方面开展了深入研究，部分成果已经获得应用。

 为了推动3D打印技术的快速发展和产业化，国家工信部2015年2月联合发改委及财政部发布了《国家增材制造产业发展推进计划(2015～2016年)》，明确了中国3D打印技术发展的目标和方向，同时也指出中国增材制造产业化仍处于起步阶段，与先进国家相比存在较大差距，尚未形成完整的产业体系，离实现大规模产业化、工程化应用还有一定距离。关键核心技术有待突破，装备及核心器件、成形材料、工艺及软件等产业基础薄弱，政策与标准体系有待建立，缺乏有效的协调推进机制。

 3D打印也需要一个漫长技术积累和验证过程，只有通过长期、大量的应用研究，发现和解决方法本身固有的问题，才能使3D打印技术的应用不断向广度和深度发展。